任成文

[摘要]隨著我國(guó)黨和政府把節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容,從2000年開(kāi)始,地源熱泵系統(tǒng)越來(lái)越多的被各房地產(chǎn)商所關(guān)注和應(yīng)用。介紹地源熱泵的三種類(lèi)型及其對(duì)比分析,著重論述開(kāi)發(fā)土壤源熱泵的優(yōu)勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)土壤源熱泵地下水熱泵地表水熱泵類(lèi)型對(duì)比及分析

中圖分類(lèi)號(hào):TM5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0710115-01

一、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的定義

所謂地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)就是把傳統(tǒng)空調(diào)器中的冷凝器直接埋入地下,利用淺層地?zé)豳Y源(也稱(chēng)地能,包括地下水、地表水或土壤等)的既可供熱又可制冷還可提供生活熱水的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

二、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的分類(lèi)及其各自特點(diǎn)

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)其利用地?zé)嵩吹姆N類(lèi)和方式不同可以分為以下三類(lèi):土壤源熱泵(GCHP),地下水熱泵(GWHP),地表水熱泵(SWHP)。

(一)土壤源熱泵系統(tǒng)

土壤源熱泵以大地作為熱源,熱泵的換熱器埋于地下,與大地進(jìn)行冷熱交換。根據(jù)地下熱交換器的布置形式,土壤源熱泵分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三類(lèi)。其換熱管常采用高密度聚乙烯塑料管,使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年。垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式,按其埋管深度可分為淺層(<30m),中層(30～100m)和深層(>100m)三種。埋管深,地下巖土溫度比較穩(wěn)定,鉆孔占地面積較少,但相應(yīng)會(huì)帶來(lái)鉆孔、鉆孔設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和高承壓埋管的造價(jià)提高?？偟膩?lái)說(shuō),垂直埋管換熱器熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于:(1)占地面積小;(2)土壤的溫度和熱特性變化小;(3)需要的管材最少,泵耗能低;(4)能效比很高。而劣勢(shì)主要在于:由于相應(yīng)的施工設(shè)備和施工人員的缺乏,造價(jià)偏高。

水平埋管換熱器有單管和多管兩種形式。其中單管水平換熱器占地面積最大,雖然多管水平埋管換熱器占地面積有所減少,但管長(zhǎng)應(yīng)相應(yīng)增加來(lái)補(bǔ)償相鄰管間的熱干擾。水平埋管造價(jià)就可以減下來(lái)。水平埋管換熱器系統(tǒng)的劣勢(shì)在于:運(yùn)行性能上不穩(wěn)定(由于淺層大地的溫度和熱特性隨著季節(jié)、降雨以及埋深而變化);泵耗能較高;系統(tǒng)效率降低。

蛇行埋管換熱器比較適用于場(chǎng)地有限又較經(jīng)濟(jì)的情況下。雖然挖掘量只有單管水平埋管換熱器20%～30%,但是用管量會(huì)明顯增加。這種方式優(yōu)缺點(diǎn)類(lèi)似于水平埋管換熱器,所以有的文獻(xiàn)將其歸入水平埋管換熱器。

1995年國(guó)際地?zé)釋W(xué)術(shù)會(huì)上,英國(guó)學(xué)者Curtis代表國(guó)際地?zé)峤M織發(fā)表了一篇關(guān)于應(yīng)用土壤源熱泵系統(tǒng)的調(diào)查報(bào)告,其總結(jié)性的結(jié)論為:(1)土壤源熱泵系統(tǒng)是世界能源市場(chǎng)的成熟技術(shù)之一,與現(xiàn)存的電供熱/電制冷技術(shù)相比具有穩(wěn)定性能好、可靠性高、花費(fèi)更少的優(yōu)勢(shì);(2)土壤源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上與燃油和燃?xì)忮仩t不相上下;(3)如果考慮到包括環(huán)境效益、能源保障和長(zhǎng)期利用在內(nèi),土壤源熱泵系統(tǒng)是最好、技術(shù)含量最高的替代產(chǎn)品。

(二)地下水熱泵系統(tǒng)

在土壤源熱泵得到發(fā)展以前,最常用的地源熱泵系統(tǒng)是地下水熱泵系統(tǒng)。最常用的系統(tǒng)形式采用水水式板式換熱器,一側(cè)走地下水,一側(cè)走熱泵機(jī)組冷卻水。早期的地下水系統(tǒng)采用的是單井系統(tǒng),即將地下水經(jīng)過(guò)板式換熱器后直接排放。這樣做,一則浪費(fèi)地下水資源,二則容易造成地層塌陷,引起地質(zhì)災(zāi)害。于是產(chǎn)生了雙井系統(tǒng),一個(gè)井抽水,一個(gè)井回灌。但需要實(shí)現(xiàn)100%的回灌,并回灌到同一含水層,不污染地下水,且能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,這并不容易做到。

地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是造價(jià)要比土壤源熱泵系統(tǒng)低,另外水井緊湊,不占什么場(chǎng)地,技術(shù)也相對(duì)比較成熟。其劣勢(shì)就在于:(1)有些地方法規(guī)禁止抽取或回灌地下水;(2)可供的地下水有限;(3)如水質(zhì)不好或打井不合格要注意水處理;(4)如泵選擇過(guò)大、控制不良或水井與建筑偏遠(yuǎn),泵耗能就會(huì)過(guò)大。

(三)地表水熱泵系統(tǒng)

地表水熱泵系統(tǒng)主要有開(kāi)路和閉路系統(tǒng)。在寒冷地區(qū),開(kāi)路系統(tǒng)并不適用,只能采用閉路系統(tǒng)?？偟膩?lái)說(shuō),地表水熱泵系統(tǒng)具有相對(duì)造價(jià)低廉、泵耗能低、維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。但是,在公共用的河中,管道或水中的其他設(shè)備容易受到損害。另外,如果湖泊過(guò)小或過(guò)淺,湖泊的溫度會(huì)隨著室外氣候發(fā)生較大的變化,這就會(huì)產(chǎn)生效率降低,制冷或供熱能力降低的后果。

三、地源熱泵幾種類(lèi)型的對(duì)比分析,確定開(kāi)發(fā)土壤源熱泵的方向

四、結(jié)論

通過(guò)以上類(lèi)型對(duì)比分析,埋管式地源熱泵是最適合我國(guó)的,雖然其他兩種類(lèi)型也有其固有的優(yōu)點(diǎn),但就我國(guó)的軟硬件條件來(lái)看,還是存在一定的不合理和不可執(zhí)行性,不宜在我國(guó)廣泛推廣。

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