高效换热地源热泵系统在岩石地区推广应用研究


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高效换热地源热泵系统在岩石地区推广应用研究

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高效换热地源热泵系统在岩石地区推广应用研究

作者：杨丰国杭… 文章来源：不详点击数：更新时间：2006-11-12

文章摘要： 无标题文档 1 地源热泵技术简介　　近年来随着我国国民经济的发展，人们物质生活水平的提高，各种高档生活小区不断开发发展，空调的普及速度也进一步加快，每年至少形成20000MW的装机量，是造成2003年以来全国电力紧缺的主要因素之一（2003年国家批准开工的大中型电厂项目装机容量为33000MW）[1]。同时，人们对大气质量、环境质量、小区绿化等的要求亦同步增长，全国许多城市都纷纷取缔小燃煤锅炉房，因此人们迫切需求一种新的绿色节能环保的供暖空调方式。　　地源热泵是以大地为冷热源对建筑进行空调的技术，它利......

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1 地源热泵技术简介

　　近年来随着我国国民经济的发展，人们物质生活水平的提高，各种高档生活小区不断开发发展，空调的普及速度也进一步加快，每年至少形成20000MW的装机量，是造成2003年以来全国电力紧缺的主要因素之一（2003年国家批准开工的大中型电厂项目装机容量为33000MW）[1]。同时，人们对大气质量、环境质量、小区绿化等的要求亦同步增长，全国许多城市都纷纷取缔小燃煤锅炉房，因此人们迫切需求一种新的绿色节能环保的供暖空调方式。
　　地源热泵是以大地为冷热源对建筑进行空调的技术，它利用了国际上提倡推广应用可再生能源之一—地热能，地面下2~3m以下，常年保持恒定的温度（华北地区10~15℃，华东地区15~20℃，东北地区6~14℃）[2]，既远高于冬季的室外温度，又远低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点，欧美等发达国家的利用已有几十年的历史。
　　地源热泵可分为地表水热泵、地下水热泵和地下耦合热泵。

2 常见地源热泵应用的优缺点

2.1 地下水热泵系统（见图1）

图1：地下水热泵系统
　　地下水热泵系统具有系统简便易行，综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积建筑物的供暖空调的要求等优点；但地下水热泵系统需要有丰富、稳定、优质的地下水。目前国内地下水回灌技术还不是很成熟，很难再被全部回灌到含水层内，造成地下水资源的流失。此外，即使能够全部回灌，怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源，任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的。国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格，地下水热泵的应用已逐渐减少。
　　解决办法：①向黄金、煤炭等有大量地下水排放的矿山企业推广[3]；
　　　　　　　②努力研究针对不同地质情况的地下水回灌措施。

2.2 地表水热泵系统
　　地表水热泵系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水（见图2）。地表水热泵系统亦具有系统简便易行，初投资较低等优点；但地表水热泵系统也受到自然条件的限制。此外，由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。
　　解决办法：①勘察水面面积及深度能否适合工程要求；
　　　　　　　②根据季节温度变化范围及工程要求判定取水（换热）方式。

图2：地表水热泵系统
2.3 地下耦合热泵系统（见图3）
　　地下耦合热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常也称之为“闭路地源热泵”，以区别于地下水热泵系统，或直接称为“地源热泵”。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。其优点是系统不受地下水量的影响，对地下水没有破坏或污染作用，系统运行具有高度的可靠性和稳定性。它的主要缺点是：由于管壁传热温差的存在，机组冬季地源侧水温低于地下水式系统5-10℃，机组夏季地源侧水温高于地下水式系统10-15℃，机组运行条件相对较差，降低了运行效率；埋地换热器受土壤性质影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；土壤导热系数小而使埋地换热器的持续吸热速率小，导致埋地换热器的面积较大，如平面布置的埋地换热器的面积约为房间面积的2倍左右；在岩石地区因较高的钻孔费用而难以推广应用。
　　解决办法：①根据负荷状况及当地地质情况取决埋管的方式、深度、及单位长度换热量的估算；
　　　　　　　②研究技术、价格合理的钻孔深度；
　　　　　　　③研究确实可行的施工方法，采用长期可靠的材料。

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