任成文

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

[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型對比及分析

中圖分類號:TM5文獻標識碼:A文章編號: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,利用淺層地熱資源(也稱地能,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)的分類及其各自特點

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)其利用地熱源的種類和方式不同可以分為以下三類: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。其換熱管常采用高密度聚乙烯塑料管,使用壽命長達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,但相應會帶來鉆孔、鉆孔設備的經(jīng)費和高承壓埋管的造價提高?？偟膩碚f,垂直埋管換熱器熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢在于:(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。而劣勢主要在于:由于相應的施工設備和施工人員的缺乏,造價偏高。

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,但管長應相應增加來補償相鄰管間的熱干擾。水平埋管造價就可以減下來。水平埋管換熱器系統(tǒng)的劣勢在于:運行性能上不穩(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地有限又較經(jīng)濟的情況下。雖然挖掘量只有單管水平埋管換熱器20%～30%,但是用管量會明顯增加。這種方式優(yōu)缺點類似于水平埋管換熱器,所以有的文獻將其歸入水平埋管換熱器。

1995年國際地熱學術(shù)會上,英國學者Curtis代表國際地熱組織發(fā)表了一篇關(guān)于應用土壤源熱泵系統(tǒng)的調(diào)查報告,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、花費更少的優(yōu)勢;(2)土壤源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟上與燃油和燃氣鍋爐不相上下;(3)如果考慮到包括環(huán)境效益、能源保障和長期利用在內(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)過板式換熱器后直接排放。這樣做,一則浪費地下水資源,二則容易造成地層塌陷,引起地質(zhì)災害。于是產(chǎn)生了雙井系統(tǒng),一個井抽水,一個井回灌。但需要實現(xiàn)100%的回灌,并回灌到同一含水層,不污染地下水,且能長時間穩(wěn)定運行,這并不容易做到。

地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢是造價要比土壤源熱泵系統(tǒng)低,另外水井緊湊,不占什么場地,技術(shù)也相對比較成熟。其劣勢就在于:(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)如泵選擇過大、控制不良或水井與建筑偏遠,泵耗能就會過大。

(三)地表水熱泵系統(tǒng)

地表水熱泵系統(tǒng)主要有開路和閉路系統(tǒng)。在寒冷地區(qū),開路系統(tǒng)并不適用,只能采用閉路系統(tǒng)。總的來說,地表水熱泵系統(tǒng)具有相對造價低廉、泵耗能低、維修率低以及運行費用少等優(yōu)點。但是,在公共用的河中,管道或水中的其他設備容易受到損害。另外,如果湖泊過小或過淺,湖泊的溫度會隨著室外氣候發(fā)生較大的變化,這就會產(chǎn)生效率降低,制冷或供熱能力降低的后果。

三、地源熱泵幾種類型的對比分析,確定開發(fā)土壤源熱泵的方向

四、結(jié)論

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

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