地源熱泵結(jié)合熱水地暖系統(tǒng)的特點(diǎn)

2013-01-17

地源熱泵原理圖

地源熱泵包括一個土壤耦合地?zé)峤粨Q器，該交換器要么水平地安裝在地溝中，要么以U形管狀垂直安裝在豎井之中。不同管溝或豎井中的熱交換器成并聯(lián)連接，再通過不同的集管進(jìn)入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接。在液體溫度較低時(shí)，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意。
　　
　　據(jù)了解，地源熱泵技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代中期。該技術(shù)利用了儲存在大地表層中的熱能，冬季從地下提取熱量，夏季把建筑中的熱量又存入地下，從而提供冬夏兩季采暖和制冷所需要的能源。與其他能源相比，這種能源的利用節(jié)能效果明顯——要想產(chǎn)生100%%可利用的熱能，一般的采暖鍋爐需要110%%至120%%的初級能源(燃油或燃?xì)?，并且這種資源是不可再生的，燃燒后還要造成環(huán)境污染。而地源熱泵系統(tǒng)正好相反，產(chǎn)生同樣數(shù)量的熱能，它僅需要1/4的電能，其他3/4的能量來自大自然中免費(fèi)的可再生能源。
　　
　　地源熱泵包括一個土壤耦合地?zé)峤粨Q器，該交換器要么水平地安裝在地溝中，要么以U形管狀垂直安裝在豎井之中。不同管溝或豎井中的熱交換器成并聯(lián)連接，再通過不同的集管進(jìn)入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接。在液體溫度較低時(shí)，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意。
　　
　　現(xiàn)場勘測
　　
　　在決定使用地源熱泵之前，相關(guān)部門對現(xiàn)場情況資源進(jìn)行了準(zhǔn)確詳實(shí)的了解。雖然一些地區(qū)安裝地源熱泵可能會因?yàn)橐恍┨厥馇闆r增加設(shè)備或安裝的成本，但大部分地區(qū)是適合安裝的。根據(jù)工程慣例，對任何地點(diǎn)適應(yīng)性的評估都應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的狀況，包括松散土層在自然狀態(tài)和負(fù)載后的密度，含水土層在負(fù)載后的狀況，巖石層巖床的結(jié)構(gòu)等。
　　
　　根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，相關(guān)方面對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了評估。這些在工作開始時(shí)對當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行的鑒定，能夠確保設(shè)計(jì)期間避免遇到潛在的復(fù)雜的問題，同時(shí)設(shè)計(jì)部門也需要上述資料，以便選擇合適的鉆孔和挖掘設(shè)備，并且可以節(jié)約大量時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。
　　
　　方案選取
　　
　　在現(xiàn)場勘測結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定熱交換器的布置方式：是采用垂直豎井布置方式還是水平布置方式。對此，現(xiàn)場可用地表面積是一個必須考慮的因素。
　　
　　在預(yù)布置時(shí)，各豎井的間距定為4.6米左右，這是為保證在大多數(shù)情況下各豎井間的相互熱干擾和(或)長時(shí)間后的熱積聚可以忽略不計(jì)，也可以保證此后確定的豎井的各種參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。
　　
　　雖然雙U形管/豎井構(gòu)造的熱交換器比單U形管/豎井構(gòu)造的熱交換器每噸需要更多管道，但綜合評估表明：因少鉆豎井而節(jié)省的費(fèi)用完全可以補(bǔ)償由于管道數(shù)量的增加而增加的費(fèi)用。
　　
　　并聯(lián)管道垂直式熱交換器與串聯(lián)管路垂直式熱交換器相比，U形管管井可以更小，從而可以降低管路費(fèi)用、防凍液費(fèi)用。由于較小的管路更容易制作，人工費(fèi)用也可能減少。而且U形管管徑的減小使豎井直徑也相應(yīng)變小，鉆孔費(fèi)用也能相應(yīng)降低。并聯(lián)管路熱交換器同一環(huán)路集管連接的所有豎井的傳熱量是相同的，而串聯(lián)管路熱交換器每個豎井的傳熱量是不同的。
　　
　　垂直式土壤熱交換器的數(shù)量取決于建筑物的負(fù)荷。建筑物負(fù)荷是建筑物類型、大小、位置、內(nèi)部負(fù)荷(即設(shè)備使用發(fā)熱、照明、人體發(fā)熱)、室外空氣滲透、太陽輻射得熱、維護(hù)結(jié)構(gòu)和通風(fēng)情況的函數(shù)。其他影響土壤熱交換器數(shù)量的因素還有平均土壤溫度、覆蓋層(土壤)和巖石多少、地下各層得熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱泵效率和熱交換器管路大小。
　　
　　地源熱泵與熱水地暖相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)
　　
　　地源熱泵系統(tǒng)的室外設(shè)備非常少，而且機(jī)房可布置在地下室，節(jié)省了高昂的維護(hù)和保安費(fèi)用。沒有屋頂設(shè)備，也就沒有屋頂承重、修飾或擋光的問題，外部噪聲大大降低，并且建筑整體美感也得到了很好的保持。
　　
　　住宅小區(qū)采用地源熱泵還有一個重要原因——會給開發(fā)商帶來很大的益處。采用地源熱泵的好處，對那些沒有市政供熱的小區(qū)尤其明顯。而有市政供熱的小區(qū)也可采用地源熱泵。這一方面是因?yàn)槭姓峤涌谫M(fèi)相當(dāng)昂貴：住宅一般為40元/平方米，而且ZF已出文件，禁止開發(fā)商向業(yè)主收取暖氣集資費(fèi)。另一方面，地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用較低，而且ZF還未出臺文件具體規(guī)定以熱泵為熱源的小區(qū)居民冬季采暖費(fèi)收取值。目前該類業(yè)主交納的采暖費(fèi)也和市政采暖相同，即采暖期(4個月)18.4元/平方米。這樣，物業(yè)公司可以獲得一些收益。戶內(nèi)采用的供暖方式為低溫?zé)崴孛孑椛洳膳?。由于地源熱泵的出水溫度一般?0攝氏度~60攝氏度，正好滿足低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)不高于60攝氏度的要求，無需增加換熱設(shè)備，可大大減少投資，這也是二者聯(lián)合應(yīng)用的優(yōu)勢。