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土壤-地源热泵系统的应用.pdf

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土壤-地源热泵系统的应用 1地源热泵的形式及其特点 首先介绍一些地源热泵室外能量交换系统的概念:土壤埋管系统----土 壤换热器(水平埋管、竖直埋管)、地下水系统、地表水系统、这些都是地源 热泵的热源或热汇形式见图1。 图1地源热泵交换形式示意图 地源热泵的原理与普通热泵原理相同,只是为热泵提供的热源或热汇 尤其独特性，是利用自然界中的水、土壤等能汇集地下热能，太阳能等的 自然介质中存储的热源和热汇。 如果建筑附近有可利用的湖、海或水池，并且水温合适(10C--20C)利 用地表水系统是最节能，最经济的。夏季冷凝器吸热后的冷却水经管道进 湖、海或水池，利用温度较低的地表来散热;冬季吸收海、湖或池内水的热 量，用作热泵的低温热源，经热泵汇集后升温传递给室内采暖。利用地表 水的地源热泵系统，最适宜的区域是我国的黄河以南到长江、珠江流域的 夏热冬冷地区。 地下水系统一般采用开放的循环系统。地下井水经热泵吸热后(冬季放 热)向地下深井中放热(冬季吸热)。地下水系统适用于地下水丰富的地区。 地下水的温度常年稳定，基本不受外界气温影响，可以让热泵机组高效运 行。 对于地表水和地下水源缺乏以及地下水开采受限制的地区,土壤埋管 系统将是最佳选择.将管道埋于地下浅层土壤中,循环水经水管与地下土壤 进行热交换，夏季土壤作为热汇吸收热量，冬季作为热源为热泵机组提供 热量。水平埋管通常用于浅层埋设，开控技术要求不高，但换热能力相对 较小，占地面积大;垂直U型埋管换热能力强，可占相对较小土地面积。北 方地区因冬季采暖需热量大，通常需采用垂直埋管方式。 2地源热泵发展历史 最早提出来利用浅层地热能概念(即地源热泵概念)是1912年瑞士 Zoelly工程师，并申请了专利。直到二战后的1948年，Zoelly的技术才开始 被人们重视和关注，开始了大量的理论研究。但真正开始应用是在70年代 能源危机开始之后。因为能源和环境问题日益严重,人们更重视低温浅层地 热能作为能源的地源热泵系统的应用和实践。 国内的热泵研究起步于上世纪50年代。天津大学的热能所是最早开展 热泵方面技术研究的单位。所以说天津大学在这方面是有传统的，也有很 深的底蕴。并且现在也有兴趣和实力来进一步发展这项领域的工作。包括 天大地热中心的地热尾水热泵方面的推广工作、热能系前些年所作的地下 水源热泵方面的探索工程等。1960年代陆续研制出了热泵式空调机，1965 年天大与天津冷气机厂研制成国内第一台水冷式热泵空调机。这可就是现 在意义上的地源热泵了。1980年代 地矿部门和空调专家又开始研究利用井水进行蓄冷和蓄热,这也是现 今叫做地源热泵系统的能源交换系统的前身。 那么到现在，从天大1965年诞生水水热泵空调将近40年之后，大家才 对热泵系统又热衷起来，是因为目前经济发展的阶段又遇到了新的能源问 题。比如10年前，大家不会对热泵技术有兴趣，那时候买煤才几十元一吨， 而电又很紧缺,要交增容费，要交电贴费,还要限制用电量。现在煤价一涨 再涨，而且因为环保的要求会受限制使用,不能随便建燃煤锅炉,并且现在我 们也都提高了环保意识，烧煤污染大气、形成酸雨也污染环境。关键在于 我国因经济迅速规模发展，而能源利用率偏低，化石燃料消耗巨增。2005年 石油消费达2.86亿吨，预计到2020年预计达到4.8亿吨。所以能够减少污染 排放，并且大大提高一次能源利用效率的地源热泵技术自然倍受推荐。 1998年是地源热泵技术的又一个阶段性的标志。之前国内着重于地源 热泵试验，进行小型、短期的模拟试验，没有实际的空调工程。之后随着 实验装置的建立，通过试验开始理论模型的创建研究。国内最早的地源热 泵工程实践是1989年上海闵行经济开发区办公楼，其技术和设备是由美国 提供的。在水源热泵的应用方面塘沽地热试验研究中心在1999年建设了利 用地热尾水做为热泵的低温热源，对供暖系统进行调峰的水源热泵系统。 3土壤源地源热泵系统的应用 近年来，伴随着中国经济的高速发展，公共建筑数量急剧增加。大型 公共建筑中，空调系统的能耗占整个建筑能耗的比例约为40%~60%，空调 系统的节能是建筑节能的关键。 土壤源-热泵系统是以土壤、岩土体为冷热源，由热泵机组、地埋管换 热系统、建筑物内末端系统组成的制冷供热系统，其中地埋管换热系统需 要埋管区域并且容易出现土壤热不平衡问题，故土壤源热泵系统的使用存 在局限性。 空气源热泵系统提取空气中的能量，通过热泵机组的转化为建筑提供 制冷供热，根据空气源热泵的工作特性，环境温度是制约空气源热泵机组 能效的关键因素，即冬季环境温度越低和夏季环境温度越高空气源热泵的