地源热泵特性研究

流体机 2001年第29卷第7*地源热泵的特性*同济大 张旭介绍了地源热泵的特点,分析了地源热泵的,并与相关的热泵技术地源热泵空调节能 概地源热泵是利用能源的热泵系统,这是它与水-空气热泵以及空气热泵的最主要的区过热泵将建筑物内的热量转移到,对建筑物进行供冷,同时蓄存热量以备冬季使用。名称:地耦大地耦合式热泵、土壤热源热[1]。这些系统的工作原理基本是相同的,而且是相互关联的。如地源热泵就不但包括地 水和湖水为低位热源的水源热泵系统,它们的区别是封闭环路近年来,地源热泵系统的研究在国内外倍受重视国外已经有一些比较成功的工程实例国内也在大力进行推广。地源热泵的性能如何,与传统的热泵技术比较具有哪些优缺点,正是暖通空 典型的地源热泵系统主要由压缩机、-制冷剂热交换器、水泵制冷剂-水(或制冷剂-空气)热交换器、节流装置和电气控制设备等部件组成。同,但是基本的构件是共同的,如压缩机、

较多的是U型竖埋管换热器,分为浅层<30m)(30~10m)层100m三类2。而且蓄能系统的埋管较灵活可布可布置在土壤、岩石或水层内也 热泵技术是在能的拖动下,将热量从低位热源流向热源技术。可以把不能直接利用的低品位热能(能业废热等)转化为可利用的高位能,从而达到节约部分能()的目的。利用低位能的热泵技术可以节约理利用轻,,热泵技术矿物能日益紧的界,已引起人们的和重视。有研究表明,与

区域锅炉房的能耗比较相同容量的热泵站的能耗用河水5~616e)作为低位热源时,年节煤率为12168~14108用海水12~1316e作为低位热源时,年节煤率为21159~39198%;用工业废水(18~20e)作为低位热源时,年节煤率为39~39198%[3。有关,温差越小,热泵的效率越高。文献[4]中对此做了较为详细的分析,热泵的效率直接影响它的使用。有研究表明,从热泵机组冬季运行中除霜的角度来看,空气源热泵的使用不但与室外温度有关,而且与室外大气的相对湿度有密切关系,这大大限制了它的使用范围[5]。采用地源热泵系统,由于土壤的温度比室外空气温度更接近室内的温度,若设计合理,效率和更好的可靠性。此外,因为相同体积流量水的热容是空气的3500倍,水与制**收稿日期200)0)Vol.29,No.7, 剂的换热效果远好于空气与制冷剂的对流换热, 影响的地源热泵系统也不例外其发展的历史就是一个很好的例证。分析其经济性应从系统构在目前的价格体系下,若建立以工业废水(18~20e)作为低位热源的热泵站,其经济效益是合理的,以河水(5~66e)为低位热源的热泵站宜在长江流域及长江以南的地区建立[3]。此处热泵站经济性的确定标准是水温,以水为换热工质的水源热泵系统可以此为参考。进一步考虑环境因素,如空调系统对大气环境和水环境等的影响进行评价,可以更为全面和客观地分析其经济性能。价与蓄能系统的埋管有关;若埋管深,土壤的温度以系统的运行性能较稳定,钻孔占地面高承压PVC管的造价增加。文献[7]中分析的是一学校建筑(14864m2将其供冷和供热系统改造成地源热泵系统,并在系统中对水泵采用变流量技术3700元占总能耗的26162%;系统因改造而增加的费用为197000元,整个地源热泵系统的回收期是5~6 地源热泵的系统性能的因素是多方面的。其是土壤 的,土壤环境中热源的最佳间隔和深度取决于土

是地源热泵系统成功使用的前提,也是进行地源热热与传湿和环境对土壤热工性能的影响等4、831111土壤表面的辐射平衡与短波辐波辐射、土壤的反射率等因素有关,其中土壤的反射率,土壤表面吸收的净辐射用以加热土壤和空气,使水分蒸发。净辐射的量与土壤热通量(热从土壤表面向下面的土壤剖面传递的速率)、31112研究的土壤热参数一般是指定容CK和热扩散度Dr为了解温度随时间和空间的变化规律,必须测量或土壤的热传导度K是在单位温度梯度下,机质含量及水和空气的比率。由于空气和水的比例在不断变化,而土壤组分随深度的分布并非均匀,因此K是时间和空间的函数。土,因为它涉及到土壤的几何结构和粒子与粒子间及相与相间的传递。一般用土壤组分的特有传导度和体积比率的函数来表示这一问题。在简化时,一般考虑两种比较简单的情况:鉴于理论描述土壤热传导度的复杂性,人想借助于直接测量段。但土壤水势依赖于温度,温度梯度的存在会引起水分运动和热的运动,这两者相互影响,导致测量热传导度也较复杂并存在一定的。对于干土稳态热流方法具有足够的精度;对于湿土采用土壤的定容比热C为温度每改变一个单位时单位土壤毛体积热含量的改变它

取决于土壤固相矿物质和有机质)的组分、干容的影响可忽略最后的表达式为:C=fmCm+foCo+fwCw;mow分别代表矿物质、有机质和水,f是各相的体积比率。在研究冻土时,由于冰的参数不同于液态水的参数必须对它进行相应的修正。在典型的矿质土壤中,C值是从干燥状 流体机 2001年第29卷第7热扩散度Dr是热传导度K与定容比热之比DrKC在特殊情况下Dr可以被看作是不随x变化的常数。研究土壤稳态热传导可直接采用Fourier定律,而对于非稳态情况,则利用热传导第二定律在能量守恒的前提下表现为连续干燥的土壤的湿润及水蒸气的凝结等因素有关,31113土壤环境中水和热的流动是相互牵制的,在土壤中同时存在温度梯度和水势梯度,温度场影响水势场,;反之水势梯度使水运动,而水是携热的;中的热和水分的综合迁移。在比较湿的情况下,水分梯度的影响较大;而在接近干燥的情况下,热数量,并且热梯度比水势梯度更重要时的情况。

变化和年变化的联合效应,日循环被看作是加在年循波运动的偏差,而且由于年温度波的度比较大,应考虑土壤的非均一性和土壤热性质随时间的改变,不同的土壤深度其热稳建立土壤中的传热和传湿物理模型的基础粘性流动水蒸气因扩散而运动土壤中各点存在31114-()。上土壤本身变化的性质,可以预料土壤剖面的热时,一定的热量会沿着路径被收或释放,随着土壤深度的增加,迟将增加,这是周期性温度在土壤时的典型现象。阻尼深度与频率成反比,而与相应 地源热泵技20世纪50年代的欧洲出现第一次,但由于当时能源(尤其是石油)的价格很低,相比较而言,系统的造价显得过高,因此没有引起人们的重视;70年代的能源使人们对节能技术的重视程度大大增强,人们在寻求能源的同时也开始以迅速发展,从80年代初和开始了冷暖联供地源热泵系统的研究工作,取得了一定的成果,并且将这一技术成功应用于目前在我国也有很多高校的科研正在研究这项技术,如重庆建筑大学研究的是浅埋的套管式换热器,V.C.Mei竖埋管换热理论,由系统能量平衡结合传导方程对套管式换热器建立传热模型[2]。 结合本地区的土壤特点,建立了地源热泵系统的实验装 地源热泵发展的问(1)观念方面:供热技术相对成熟,使得人们选择地源热泵系统时会阻力。(2)暖通空调技术与其它技术的配合:地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术,两者,这要求工程组织者和工程技术能够合理协调、做好充分(3)对环境的影响:目前水的回灌技术不完善,在一定程度上会影响以水为低位热源的地源热泵的进一步推广;此外土壤源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步深入,如何使不利因4初投资问题并不是所有的地源热泵系统都是经济合理的,由于钻井费用可能占50%以上,

元ton1ton(5)安装:目前地源热泵系统的安装费用较高50~800元/ton元ton1tonVol.29,No.7, 1101605t)显然是高的5~8年而且地源热泵系统的较为,这在一定程度6土壤特性:土壤的特性随地点的变化而有所差别,在一地区的研究结果可能完全不适用于另一地区必须进行相应的修正甚至重新研究。 虽然存在各种,地源热泵技术作为一项等特点,存在一定的推广价值。在国外,由于起步较早,此技术已经基本成熟,并开始逐步应用于各种建筑中并且针对不断出现的问题进行调整。国内因为研究工作开展相对较晚,目前还没有独发展,对地源热泵的一些制约因素将会被逐步克服,甚至可能会转化为促进这项技术发展有利的条件。我国地域辽阔,各地的气候条件和土壤条件各不相同,其中大部分地区夏热冬冷,适合地源热泵的使用范围。此外,根据地源热泵系统的特点,还可考虑在其它需要供热的行业使用:如现代设施农业中温室需要提供的热水温度一般比空调系统低夏季降温的要求也比空调建筑低利用地源热泵系统可以降低运行成本,很好地发挥其优点;在养殖行业,需要提供合适的水温,也可以充

分采用地源热泵系统。总之只要扬长避短正确定位,地源热泵系统是有很大发展空间的。参考1SteveKavanaugh,Ph.D,Groundcoupledheatpumpsforcommercialbuildings,ASHRAEJournalSeptember,19922隶等1地源热泵冬季供暖测试及传热模型暖通空调2000;马最良等1在我国应用电动热泵站的经济评价(一)热泵站的节能效果1暖通空调制冷1994年学术年会施明恒等1程的动态模拟研究1工程热物理学报张力风冷热泵机组在杭州地区应用问题探讨暖通空调制冷学术年会马最良等1在我国应用电动热泵站的经济评价(一)热泵站的经济效益1暖通空调制冷1994年学术年会DavidR.DinsePE.GeothermalSystemforSchool,ASHRAEJournalMay,199881环境土壤学1高等教育,作者简介:,970年生,博士,讲师,副。通讯地址:200092市四平路239号同济大学热能工程系暖通空研室上接第16页表 变速调节流频(P((L(m3/(%N(N/N(0 结束使用直接调节流量的方法简单可行,但由于增加了管路阻力会损耗一部分功率,

率水泵在小流量调节时总的机械效率很低