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    浅析如何解决地源热泵机组土壤热平衡问题


    由于我国南北方气候差别很大,北方寒冷,冬季负荷远大于夏季负荷;相反南方炎热,夏季负荷远大于冬季负荷,所以在我国部分地区单一的使用地埋管地源热泵系统,会导致土壤的冬夏
     

      由于我国南北方气候差别很大,北方寒冷,冬季负荷远大于夏季负荷;相反南方炎热,夏季负荷远大于冬季负荷,所以在我国部分地区单一的使用地埋管地源热泵系统,会导致土壤的冬夏季不平衡性从而影响土壤热环境。合理地设置土壤热泵辅助系统不仅可以解决土壤热平衡问题,甚至可以额外节约能耗或节省安装运行费用。

      1、冷却塔补偿系统

      对于南方地区,夏季炎热冬季暖和则系统运行时必然导致夏季排放的热量远大于冬季吸收的热量。系统运行一年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升,使热泵机组制冷效率严重降低。建立冷却塔地埋管地源热泵混合系统(见图1),使夏季冷凝放热一部分埋入地下,以备冬用,一部分通过冷却塔释放冷凝热量,这一系统适用于夏季负荷高于冬季负荷的长江中下游地区。夏季通过埋地换热器释放给土壤的热量与冬季从土壤的取热基本持平,从而获得土壤热平衡。

      该混合系统的初投资增加了冷却塔系统的费用,但由于减少了埋地换热器的面积,整个初投资费用不一定增加(视施工区域地质情况而定)。运行费用增加了冷却塔的运行费用,但从整个系统的总能耗来分析,系统运行的费用不一定比单一的地埋管地源热泵系统运行费用高(视冷却塔配置量而定)。

      2、太阳能辅助系统

      与南方地区相反,北方地区特别是东北地区,冬季寒冷,夏季温和,其冬季负荷远大于夏季负荷,则热泵长期连续运行后,由于吸收的热量远大于夏季排放的热量,必然会导致土壤的温度降低,从而造成冬季埋管换热器的进、出水温度较低,地埋管地源热泵机组循环性能提高受到限制。增加太阳能系统作为地埋管地源热泵辅助热源的措施,不仅有助于改善系统运行工况,降低系统总投资,同时可以调节土壤热平衡。

      我们采用图2所示的太阳能辅助加热器,使得冬季热泵吸收的热量一部分来自太阳能。太阳能是人类可利用的、安全、无污染、可再生、最丰富的免费能源,利用太阳能作为辅助能源,是解决寒冷地区土壤热平衡的较好方法之一。

      3、热水回收系统

      电热水器用来加热热水所需的能量全部来自电能,其能耗太高;传统的燃气热水器会随着燃气价格上涨趋势而增加使用费。热回收技术是通过换热器回收制冷机产生的冷凝热,用于加热生活用水的一项节能环保技术。热回收技术不仅充分利用制冷系统的废热,减少了排放至环境的废热,代替传统的热水供应技术,同时由于使得进入土壤的排热减少,是土壤热平衡解决方法之一。

      4、废热辅助地耦系统

      在寒冷地区,如果有条件,冬季可以利用生产生活废热和污水处理废热来辅助地埋管地源热泵系统。该混合系统实现了能源的可持续发展,将生产生活中的废热很好地利用起来,对于改善城市环境、节约能源具有重要意义;同时改善了土壤的热平衡问题,提高了地埋管地源热泵效率,使其可以长期、持续、稳定的运行。

      5、其他

      为解决土壤热平衡问题,我们还可以优化埋地换热器设计时,适当加大埋管间距,以减缓土壤温度的升高或降低,增加地埋管地源热泵的使用年限。另外,亦可在系统后期运行方面加以管理,间歇运行地源热泵系统,以期地下土壤温度场的恢复和平衡,改善地埋管地源热泵系统运行工况。

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