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地源热泵体系优化分析

   日期:2017-09-07     来源:地大年夜热能    浏览:8    评论:0    

  近年来随着国度节能环保相干政策出台,新型动力体系应用取得极大年夜生长,因其受资本限制身分少,应用地区广,节能后果明显等优势,已在工业战争易近用范畴取得广泛应用。以地源热泵体系尤其凹陷,加上帮助体系的合营应用,使之成为替换传统动力体系的重要情势之一。

  地源热泵体系(GSHP)热源来自取之不尽用之不竭的浅层地表泥土。夏季经过过程室外地埋侧换热将大年夜地中的低位热能提取出来,应用热泵将温度进步,用于修建供暖,同时将冷量蓄存于泥土中,以备夏用。夏季经过过程室内末尾将修建内热量借助热泵转移至地下,完成修建降温,同时蓄存热量与既存冷量构成静态均衡,充分发挥地下泥土蓄能感化,是一种保护情况绿色节能的体系情势。

  我国南方地区气候类型重要为温带季风气候和温带大年夜陆性气候,并且受高纬度及北半球的“寒极”影响,夏季酷寒,伴随情况变更,夏季泥土换热才能降低,采取公道办法包管体系稳定运转将是技巧设计须要重点处理的成绩。

  以下是地大年夜热能地源热泵研究人员关于地源热泵体系运转后果取决于室外地埋侧换热器的换热忱况,平日其影响身分重要为泥土热均衡状况、天然情况条件、换热管内任务流体性质等的相干简介。

  一、泥土热均衡状况

  泥土热均衡本质是静态的及时变更的,其过程当中受诸多身分影响,如本地多年气候分布、泥土构成情况、地下水分布变更、冬夏负荷情况等均会改变本地泥土热量均衡分布曲线,当冬夏负荷相差大年夜时曲线动摇尤其明显。综合以下身分并结合GSHP本身特点,其实用地区为冬夏气候清楚且负荷相当的地区,特别实用于同时存在冬夏负荷需求的工程项目。

  南方地区夏季酷寒供热负荷大年夜于夏季供冷负荷,招致热泵从地下泥土的吸热量大年夜于夏季向泥土的排热量,导致冷量积聚泥土温度逐年降低,形成地源热泵机组蒸发器侧取热艰苦,蒸发温度供热量降低,同时紧缩机耗电量进步,COP降低。平日,机组蒸发温度相对额外温度降低1℃,机组的制热功耗将增长3%。

  关于南边,地区夏季酷热空调冷负荷大年夜于夏季供暖负荷,招致热泵向地下泥土的放热量大年夜于夏季自泥土的吸热量,导致热量积聚泥土温度逐年降低,形成地源热泵机组冷凝器侧放热艰苦,冷凝温度降低、制冷量降低,同时紧缩机功率进步,EER降低。是以,保持地源热泵地下埋管换热器体系的吸、排热均衡是地源热泵体系正常、高效运转的靠得住包管。

  常看法埋管情势为程度埋管和垂直埋管,普通程度埋管埋深较浅,在地表15~20m区域内,此深度范围的泥土受室外天然情况影响明显,出现年变更季候分布,平日夏季时泥土换热系数要高于夏季值,但相对垂直埋管体系的换热系数要低。垂直埋管埋深多在80~100m,泥土温度动摇很小,根本恒定,可按照高于积年均匀温度1.5℃计算,根据实际工程经历,当冬夏负荷相差较多时,很轻易形成热量掉衡,招致泥土换热后果变差,为包管体系稳定须要采取帮助体系,处理热量掉衡成绩,至此类似体系称为混淆式地源热泵体系。

  经常使用办法为太阳

  能集热器帮助加热(实用于南方地区,多用于供给生活热水)、冷却塔帮助散热(实用于南边地区)、电锅炉帮助加热(实用于小范围夏季极寒体系),混淆式地源热泵体系扶植早期投资本钱增长,但与伶仃的GSHP比拟,具有调理灵活和运转费降高等长处。

  2、泥土解冻对埋管换热器传热的影响

  在南方酷寒地区,地埋侧换热器内液体温度较低,在年极端气象情况下若四周泥土换热后果差乃至会出现解冻的风险,泥土换热受岩土类型、地下水分布、泥土终年温度分布、泥土含水率等诸多身分影响,个中泥土含水率对调热量影响较为直接。当泥土中由于换热招致水分解冻时,随着相态变更,有大年夜量潜热放出,在换热量雷同情况下,温度降低幅度小,可包管换热器四周泥土温度较高。反之,则泥土温度较低。由于工程的不肯定性,即使选用先辈丈量仪器,受实验季候时间影响,也没法取得最精确的数值,若未能充分推敲泥土中水分解冻的影响,计算得出地下埋管四周的温度场偏低,且随含水率增大年夜误差越大年夜,是以设计时应予以推敲。鉴于工程设计计算中多采取安然余量或守旧的计算方法,对有关岩土解冻和其计算办法方面的研究无限,不管采取模型计算实际或经历预算方法,虽然在计算成果上存在差别,但可以肯定泥土解冻对地下埋管换热是有益的。

  3、埋管内任务流体参数影响

  今朝经常使用经硬化的自来水作为地源热泵体系的任务流体,水是幻想载热流体,实用工况多,热熔性好,气液相态区间温度可满足多种用处。在南边地区,泥土温度较高,换热管内水温在O~C以上,不存在解冻能够,无需推敲防冻。在南方地区,由于地下埋管进水温度较低,换热后果差将招致换热管内水的解冻风险,即使在最后设计中无详细解释,根据体系运转后果,一旦出现以下情况,须要及时添加防冻剂。选择防冻剂的准绳为:应用安然、无毒、无腐化性、导热性好、本钱低、寿命长等特点。添加防冻剂后的介质动力粘度增大年夜,使得活动状况保持难度加大年夜。经计算在雷同管径、雷同流速下,其雷诺数大年夜小顺次为水——CaCl水溶液——乙二醇水溶液,其临界流速比为1:2.12:2.45。紊流和层流为流体两种不合的两种活动状况,所谓临界状况即为Re(雷诺数)=2000时的活动情况。当Re(雷诺数)>2000时,为紊流,此状况下换热系数大年夜后果好,由以上临界流速比可知,采取CaCl和乙二醇水溶液时,为包管管内的紊流活动,与水比拟需采取大年夜的流速和流量,即活动阻力较大年夜。

  地源热泵体系是今朝生长较为完美的节能体系,在其生长过程当中赓续接收完美新的技巧,以适应愈来愈多工况情况请求,平日南边地区条件合适对体系扶植没有诸多限制身分,在酷寒南方地区,体系扶植时要推敲地下泥土热均衡成绩,解冻成绩等身分,从包管换热器管内任务介质流态、换热后果、体系稳定性角度推敲,采取防冻液、帮助电加热、太阳能体系等办法,可有效进步体系运转后果,利于运转。

  地大年夜热能由中国地质大年夜学(武汉)组建,依托中国地质大年夜学的学术优势,组建了一批由国表里学者构成的世界一流的交叉人才网job.vhao.net团队,集合了十大年夜优势学科范畴十多位专家学者,定期研究地热迷信成绩、问诊地热实际困难,在地(水)源热泵换热不敷、冷热不均、填充不实、漏水、泥土温度太低、井深不敷、水质不好、回灌量小、含沙量大年夜形成塌陷等成绩有着丰富的经历及客户案例。

 
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