文档介绍：1. 机电制冷: 地源热泵竖直地埋管换热器的热平衡问题昨天 22:11 地源热泵是以大地为热源对建筑进行供热或制冷的技术。作为一项可持续发展的建筑节能技术正在逐步走向成熟,它有着空气源热泵不可比拟的优点,地埋管地源热泵系统只会引起土壤温度的变化,而不会引起地下水位下降和地面的沉降,也不存在地下水污染和回灌不完全等问题。是一种对环境比较安全的取、放热方式。地源热泵系统中的地埋管换热器分为水平地埋管换热器和竖直... 地源热泵是以大地为热源对建筑进行供热或制冷的技术。作为一项可持续发展的建筑节能技术正在逐步走向成熟,它有着空气源热泵不可比拟的优点,地埋管地源热泵系统只会引起土壤温度的变化,而不会引起地下水位下降和地面的沉降,也不存在地下水污染和回灌不完全等问题。是一种对环境比较安全的取、放热方式。地源热泵系统中的地埋管换热器分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器,水平地埋管换热器通常距离地面 1~2m,由于埋深较浅,可以和地面进行充分的热交换,因此,不存在地下土壤的热平衡问题。竖直埋管换热器通常埋深在 30~100 m之间,其热交换对象是深层土壤,而深层土壤又不可能与地表环境进行充分的热交换,就容易使得土壤出现取、放热的不平衡。 1、地下土壤热失衡的原因冬季通过热泵提取地下的低位热能给建筑物供暖,同时,地下埋管周围的温度降低;夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时,地下埋管周围的温度升高。显然,这种温度的升高或降低,对当年采暖(或空调)季的地埋管换热器的传热性能有一定影响。如果在 1年中冬季从地埋管换热器中抽取的热量与夏季向地埋管换热器输入的热量平衡, 则地埋管换热器在数年的长时间运行后,地下的年平均温度没有变化, 对地埋管换热器的性能没有影响。在夏热冬冷地区,供冷和供暖的天数相差无几,冷热负荷基本相等,因此,垂直地埋管地源热泵的最佳使用区域是夏热冬冷和冬夏冷热负荷相当的地区。在寒冷地区由于其冬季热负荷大于夏季冷负荷,造成热泵从地下土壤的吸热量大于夏季向土壤的排热量,致使土壤温度逐渐降低、设备耗功率上升、供热性能系数 COP 降低,一般情况下,土壤温度降低 1℃,会使制取同样热量的能耗增加 3%~4%。同理,对于南方地区,由于夏季空调冷负荷大于冬季热负荷,可能造成地下土壤的温度升高,进而致使机组的冷凝温度提高、制冷量减少、设备耗功率上升。因此, 维持垂直埋管地源热泵地下换热系统的吸、放热平衡是热泵系统正常、高效运行的可靠保证。 2、利用太阳能的可行性在严寒地区和寒冷地区,垂直地埋管热泵的地下换热系统冬季向土壤吸收的热量远大于夏季向土壤的排放热量。此时,为了使土壤能够维持热平衡状态、保证热泵的运行效率,就需要增设一个向系统提供热量的辅助热源。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色环保能源,随着科学技术的不断进步,人们利用太阳能的技术趋于成熟,从而使其应用于建筑物的采暖制冷系统中成为可能。另外,太阳能利用比较灵活,规模可大可小,在日照条件好的情况下,以太阳辐射热作为蒸发器热源的热泵系统可以获得比空气源热泵更高的蒸发温度,其系统的能效比(COP) 可达到 4以上。可见,以太阳能作为地源热泵的辅助热源是非常可行的。 系统组成及工艺原理地源热泵机组的制热量是由蒸发器的吸热量决定的,而蒸发器的吸热量与蒸发温度和地热换热器出口水温有关,地热换热器出口水温又与地热换热器的长度、土壤温度及系统连续运行时间等因素有关。当系统连续长时间运行后,土壤温度会逐渐降低,从而导致地热换热器出口温度降低,热泵制热循环中的蒸发器温度也会随之下降,最后导致热泵耗能增加、制热量不足。太阳能与地源热泵联合供热系统就是通过太阳能集热器采集太阳能并传递给热泵系统的蒸发器以解决这种供需矛盾。 系统的运行方式太阳能与地源热泵联合运行的方式主要有两种:一种是串联运行, 另一种是并联运行。 串联运行当室外温度很低,建筑的热负荷较大,单独采用地埋管换热不能满足采暖要求时,可采用串联运行的方式,图 1中阀门2和3关闭,阀门 1打开,太阳能采集的热量存储在蓄热水箱中, 地埋管中的水先在土壤中吸收部分热量,然后再经过蓄热水箱进一步升温,从而提高其进入蒸发器时的温度,随着蒸发器温度的提高,热泵机组的性能系数COP 也随之相对提高,系统可以向用户提供更多的热量以满足采暖要求 系统的运行方式地源热泵的供冷可采取 2种形式,一种方式是埋地换热器单独运行,完全由埋地换热器承担所有的负荷;另一种方式是埋地换热器和冷却塔联合运行,由冷却塔承担一部分负荷。另外,在系统运行的间歇,可以利用冷却塔降低埋管周围的土壤温度。在夜间,机组停止运行的时候,可以使冷却塔和地下埋管换热器在无负荷状况下串联运行。利用冷却塔将地埋管周围的温度较高的土壤蓄积的热量带走,对