介紹地源熱泵地下熱能失衡與太陽能補熱方法

1、介紹地源熱泵地下熱能失衡與太陽能補熱方法中國泵業(yè)網(wǎng) 地源熱泵采暖技術其節(jié)能環(huán)保性受到廣大用戶的青 睞?？墒墙瓴糠值卦礋岜庙椖砍霈F(xiàn)了地下熱量失衡的嚴重問題，給地源熱泵推廣蒙上了陰影，本文針對此問題進行探討，為廣大同仁分 享一些解決辦法。1地下?lián)Q熱鉆井施工由于各地區(qū)地質(zhì)千差萬別，地下物質(zhì)導熱系數(shù)相差懸殊，沒有統(tǒng) 一計算方式，鉆勘探井測試地質(zhì)導熱系數(shù)，只能計算相對較短時間內(nèi) 地質(zhì)放熱系數(shù)，幾乎無法預算熱泵運行多年后結果， 憑借多年的施工 經(jīng)驗及參考地源熱泵成功案例非常重要。1.1鉆井間距地埋管式換熱系統(tǒng)國家標準及規(guī)范中指出地下?lián)Q熱系統(tǒng)中對鉆井 間距為46m，考慮到成本及占地面積，一般工程施工時鉆井

2、間距< 4m換熱井與井之間的地質(zhì)就是蓄熱空間，決定地埋管換熱系統(tǒng)取熱 的年限，假如在3年期間換熱井之間溫度短路區(qū)易發(fā)生短路現(xiàn)象，該系統(tǒng)很快進入地下溫度失衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)能效比下降甚至無法運 行。熱泵在冬季長時間處在取熱狀態(tài)，每口井周圍溫度在逐漸降低， 特別是地下流層不豐富甚至沒有流層的地況， 換熱井間距大小直接影 響井與井之間溫度短路時間。如圖1所示。圖1鉆井閭距1.2鉆井群形狀地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計人員主要考慮便于管網(wǎng)連接及連接機房距離，大部分米暖工程在鉆井施工時，把所有換熱井口集中到一起，大型米 暖項目需鉆井數(shù)量非常龐大，地下?lián)Q熱井會形成井群。特別是圓形或 方形井群如果井間距過小容易造成嚴

3、重取熱不足，井群中心呈擴散 狀，中心位置溫度區(qū)溫度很低，幾年后可能低于 0C。前幾年運行的 地源熱泵項目，部分出現(xiàn)井水溫度過低現(xiàn)象，甚至機組無法運行。如 圖2所示0000080008 000000000000 O0800aaoo8 00800000000 Q 丨丨i oo/i. fl /rk oodo理w 翼響 Hi 00000080 0800000000 0080000008 OOOOOQQOSSO 88888X88882合格的地埋管式換熱系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況，盡量加大換熱井距離，4 口井間做不對稱形狀，井 間距需4m大中型地源熱泵項目，地下連接管網(wǎng)龐大，地下主管道 間距需1m以減少大量進出水主

4、管道間熱量短路現(xiàn)象。管網(wǎng)埋設深 度，北京地區(qū)凍層0.8m左右，管網(wǎng)應埋設在低于凍層以下 1m處, 盡量減少主管道對地層的熱損。如圖 3、圖4所示。凍宦上竝下番道 O圖3地下管網(wǎng)埋設深18圖4 對稱鉆井方式2.1換熱井群形狀設計般采暖面積v 2000m2的項目，換熱井數(shù)量相對較少，小型換熱 井群周圍蓄熱空間龐大，一般不考慮井群形狀。數(shù)量超過50 口以上, 且較集中的換熱井群，需注意井群形狀問題。一般換熱井群俯瞰以細 長狀為宜，外形為L、T或X型均可。最大限度減小換熱井群數(shù)量,避免大型換熱井群堆積造成井群中心出現(xiàn)低溫度區(qū)。如圖5所示分散式換熱井群2.2地下能量失衡及解決方法由于大地傳熱性惰性較大，

5、溫度降低或上升不能短時間內(nèi)回復原 來溫度范圍，采暖項目在冬季利用熱泵技術提取地下熱能，春、夏、 秋季為地下熱能恢復期，一般中小型工程只要換熱井數(shù)量設計充足， 在經(jīng)過三季漫長過程中是可以回復原來溫度范圍的。 增加夏季制冷功 能，該功能是向地下放熱過程，有利于地下溫度恢復。大中型采暖項目，特別是冬季采暖期遠長于夏季制冷期，長時間 提取地下熱能，部分地區(qū)會出現(xiàn)地下熱能失衡現(xiàn)象， 地下不豐富流層 地質(zhì)尤為突出，換熱井群形成局部低溫環(huán)境。幾年后容易造成熱泵運 行費用劇增，甚至無法正常運行。我國北方采暖期長于制冷期，地下熱能失衡是無法避免的。除了 合理的設計換熱井的距離、數(shù)量及井群形狀之外，還可以利用太陽

6、能 跨季節(jié)蓄熱技術來彌補地下虧損熱能。太陽能跨季節(jié)蓄熱技術已成熟，他不僅可以解決現(xiàn)有的地源熱泵地下失衡問題，還可以為早期因地下熱能失衡問題失敗的地源熱泵案 例恢復其功能。不過為地下補充熱量也應經(jīng)過嚴格計算，地下補熱過盛也是熱量 失衡的表現(xiàn)，由于地源熱泵設備對熱源要求溫度不能過高， 所以太陽 能補熱溫度太高也會造成熱泵設備不能正常工作。如圖6所示。I .畑能1*111地下?lián)Q熱井6利用太陽能跨季節(jié)蓄熱區(qū)3結論在采暖季長于制冷季的地區(qū)，利用地埋管式換熱系統(tǒng)的采暖技術，最嚴重的問題就是地下熱量失衡。它會使井水溫度過低，熱泵機組運行效率低下甚至無法運行。地下熱量失衡地區(qū)一般地質(zhì)相對閉塞， 地 下流體不活躍及流體分布少甚至沒有流體，地質(zhì)相對濕度較小，這種地質(zhì)做地源項目容易發(fā)生地下熱量失衡問題， 可此種地質(zhì)對采用太陽 能跨季節(jié)蓄熱技術是有利的。該技術已為幾家前幾年運行的因地下熱量失衡問題無法正常運行的地源熱泵系統(tǒng)，增加了跨季節(jié)蓄熱功能，徹底解決了熱量失衡問題