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| 【暖通】地源熱泵技術(shù)在江陰地區(qū)應(yīng)用分析 |
| （時(shí)間:2012-9-14 10:17:52） |
近年來(lái)，江陰地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各類公共建筑及住宅建筑如雨后春筍般拔地而起，建筑能耗數(shù)量巨大，而且每年還在高速增長(zhǎng)，建筑用能已成為能源消耗的主力軍之一。而江陰地區(qū)能源供應(yīng)十分緊張，每到夏季用電高峰時(shí)，政府為了保障居民生活用電，不得不對(duì)有關(guān)企業(yè)進(jìn)行限產(chǎn)限電，甚至要求企業(yè)停工。因此，地源熱泵系統(tǒng)作為一種利用可再生能源技術(shù)，能夠節(jié)省大量的電能，在江陰地區(qū)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而地源熱泵技術(shù)作為一種新技術(shù)、新系統(tǒng)，在我國(guó)應(yīng)用的時(shí)間還不長(zhǎng)，還處于探索和積累經(jīng)驗(yàn)階段，在設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)、設(shè)備制造、運(yùn)行管理等方面都還不夠成熟，或多或少存在一些問題。下面就該技術(shù)在江陰地區(qū)的應(yīng)用情況及熱平衡問題作一定的技術(shù)分析。
1 江陰地區(qū)地源熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀
江陰淺層地?zé)崮芾靡缘卦礋岜脼橹�，主要�?yīng)用在民用建筑和高檔住宅小區(qū)中。5年前江陰僅有幾個(gè)項(xiàng)目采用該系統(tǒng)，從前年開始地源熱泵系統(tǒng)在江陰得到了大量的應(yīng)用，有大型商場(chǎng)，如江陰紅星美凱龍大型建材超市、江陰青陽(yáng)醫(yī)院、江陰人民武裝部辦公大樓等，也有住宅小區(qū)，如和院住宅小區(qū)、蘇龍?jiān)沸^(qū)等。
根據(jù)江陰地質(zhì)、水文情況，江陰地區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)以土壤源熱泵系統(tǒng)為主。地埋管換熱器孔井直徑150～180min，孔深90～100m，孔距一般為4～5m，大多為垂直雙u管，少數(shù)采用單U管，5～8個(gè)孔井為一組，地埋管均為并聯(lián)連接。夏季地埋管每延米釋熱量為55~80W，冬季每延米吸熱量為34~50W，地埋管進(jìn)出水溫度夏季為30~35℃，冬季溫度為5～10℃。孔井回填材料多為原漿加水泥混合物，部分項(xiàng)目為膨潤(rùn)土加水泥漿，其中膨潤(rùn)土比例為5%～8%。
2 地埋管傳熱過程和土壤熱平衡技術(shù)分析
地下土壤是個(gè)多相介質(zhì)，其中有土、砂、地下水和空氣等，地下水的含量和溫度對(duì)傳熱效果有著決定性的作用。其次，土壤的種類和組成比例以及地埋管四周的回填材料的熱性能也會(huì)對(duì)傳熱過程和效果產(chǎn)生重要影響，地埋管所采用的材料、壁厚、管內(nèi)水的流速也是影響傳熱的重要因素。另外地埋管之間土壤的溫度變化還受其周圍地埋管溫度波在該處疊加的影響。空調(diào)負(fù)荷的變化以及熱泵機(jī)組的運(yùn)行方式也會(huì)引起地埋管周圍的土壤溫度處在一個(gè)不斷變化的過程中，改變著土壤的溫度場(chǎng)。因此，地埋管換熱器的實(shí)際傳熱過程是一個(gè)非常復(fù)雜的非穩(wěn)定的傳熱過程。
但由于大地本身具有很強(qiáng)的蓄熱能力，是一個(gè)地下蓄熱體，所以只要設(shè)計(jì)能保證每年空調(diào)系統(tǒng)從地下吸取與釋放的熱量基本相等，就可以保持全年的熱平衡。如果夏季通過土壤源地埋管換熱器排入地下的熱量大于冬季從地下吸取的熱量，就會(huì)造成熱量在地下的堆積，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)引起地下土壤溫度的上升，所能排放的熱量會(huì)逐年減少，熱泵機(jī)組冷凝溫度就會(huì)升高，影響機(jī)組的COP值。相反，當(dāng)冬季取熱量大于夏季排熱量時(shí)會(huì)造成地下土壤溫度的持續(xù)降低，所能吸取的熱量也會(huì)逐年減少，機(jī)組的蒸發(fā)溫度就會(huì)降低，同樣影響機(jī)組的效率。上述兩種情況都屬于熱不平衡問題，都有可能引起熱泵機(jī)組運(yùn)行工況的惡化，最終導(dǎo)致土壤源地源熱泵系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。因此，地源熱泵系統(tǒng)中最為關(guān)鍵，同時(shí)也是最為核心的是地埋管換熱器的設(shè)計(jì)和施工。地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量決定著整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的使用效果乃至使用壽命。
筆者調(diào)查了江陰地區(qū)多家地源熱泵用戶，發(fā)現(xiàn)很多用戶都不同程度地存在影響傳熱的因素和熱不平衡問題，這個(gè)問題如不解決，將縮短地源熱泵系統(tǒng)的使用年限，影響該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
3 影響傳熱和導(dǎo)致熱不平衡的因素
勘探因素
根據(jù)規(guī)范要求地埋管地源熱泵系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)工程所在地的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察。勘察的項(xiàng)目主要有地下土體的結(jié)構(gòu)和分布情況、土體溫度、土體的熱物理性能、地下水水位、水溫和水質(zhì)情況以及水流方向、水流速度等。但在實(shí)際工程中由于受建設(shè)方資金影響，往往布點(diǎn)數(shù)量、布點(diǎn)間距不能滿足要求，再加上該項(xiàng)勘察不同于普通的地質(zhì)勘察，勘探人員受設(shè)備和自身技術(shù)水平的限制，導(dǎo)致勘察結(jié)果不準(zhǔn)確。有的項(xiàng)目沒有進(jìn)行巖土熱響應(yīng)測(cè)試或測(cè)試不夠準(zhǔn)確，提供給設(shè)計(jì)人員的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不相符。
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