土壤源熱泵的研究進(jìn)展與工程應(yīng)用

土壤源熱泵的研究進(jìn)展與工程應(yīng)用地?zé)崂玫責(zé)崂酶攀鐾寥涝礋岜美玫牡責(zé)崮苤饕獮榈乇淼蜏責(zé)嵩?。按照溫度的變化特性，地球表?5—20米；恒溫帶，其溫度變化幅度幾乎等于零，深度一般位20—30米，在南京溫度大約在15℃左右；增溫帶是3℃每100米［1。系數(shù)等，還與巖土層流動(dòng)特性有關(guān)，包括水文地質(zhì)條件，孔隙度，滲水率等。地表熱能的特點(diǎn)節(jié)、地域的限制，分布面廣而且相對均勻。采暖，制冷空調(diào)和供熱水，但其市場應(yīng)用日趨廣泛。地表熱能的核心內(nèi)容是巖土層的熱特性，涉及很多學(xué)科，影響因素多。地?zé)崂眠^程中的問題及解決方法［2。土壤凍結(jié)，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)蒸發(fā)器出口，即地?zé)釗Q熱器入口的溫度低于0℃3。地源熱泵系統(tǒng)是一個(gè)影響因素非常多的系統(tǒng)。目前，關(guān)于地?zé)嵩礋岜玫叵聯(lián)Q熱器就會(huì)有濕遷移；季節(jié)溫度變化會(huì)影響地下?lián)Q熱器性能等。裝置復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工比較麻煩，初投資大。土壤源熱泵工作原理土壤源熱泵（Ground—SourceHeat是一種利用地下淺層）以上土壤源191250這項(xiàng)技術(shù)必然成為21世紀(jì)最有效的空調(diào)技術(shù)。分由埋設(shè)于地表下的換熱盤管構(gòu)成，如圖1：圖1土壤源熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)可再生性強(qiáng)——利用地球表面淺層地?zé)豳Y源間接利用太陽能。關(guān)于“可再生性［13］有詳細(xì)論證?？煽啃愿摺⒐?jié)能——換熱器在地下深層，不接受地面氣候變化影響。環(huán)保零污染——無燃燒，使用清潔能源。一機(jī)多用——即可制冷又可供熱。夏熱冬冷地區(qū)地溫平均溫度在15—20℃左右，35—4020—25℃。有利于提高制COPEPA估計(jì)，設(shè)計(jì)、安裝良好的土壤熱泵，平均可節(jié)約用戶30%—40%的運(yùn)行費(fèi)用，且不受室外環(huán)境影響，冬季供暖效果比較好。筑外立面無影響，是目前倡導(dǎo)的綠色建筑空調(diào)系統(tǒng)的典型代表。安全性高，空調(diào)和衛(wèi)生熱水系統(tǒng)無燃燒設(shè)備，無爆炸隱患，使用安全。地下?lián)Q熱還有一些特征如：空調(diào)主機(jī)便于布置、分戶計(jì)量、使用范圍廣泛等。土壤源熱泵的分類按地下埋管系統(tǒng)分類地下埋管熱泵系統(tǒng)按埋管形式分為水平埋管熱泵和垂直埋管熱泵（如圖但施工難度相對較高一些。圖2垂直埋管土壤源熱泵系統(tǒng)圖3豎直埋管換熱器基本單元示意圖垂直埋管熱泵系統(tǒng)較水平系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)按與土壤換熱管道材料分類現(xiàn)在用于土壤系統(tǒng)的管道材料多采用熱熔性塑料，包括聚乙烯管、聚丁烯管和聚氯乙烯管。各種管道材料的熱特性見下表1：表1管道材料的熱特性材料材料導(dǎo)熱系數(shù)(w/mK)聚乙烯高密低密0.46—0.520.35聚丁烯0.23聚氯乙烯硬質(zhì)軟質(zhì)0.13—0.290.13—0.17由表可知，聚氯乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)相對低，所以不適合用于次類系統(tǒng)的導(dǎo)熱材料［2］管路參數(shù)確定根據(jù)空調(diào)負(fù)荷確定參數(shù)地下埋管日平均換熱量Q=WCρ（t-t）hP in out式中W——系統(tǒng)內(nèi)水流量ρ——水的密度C——水的比定壓熱容Pt——地下?lián)Q熱器出水平均溫度int——地下?lián)Q熱器進(jìn)水平均溫度outh——熱泵空調(diào)器日平均運(yùn)行小時(shí)數(shù)根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，夏季放熱Q為正，冬季吸熱Q為負(fù)。地下單位埋管深度換熱量qW/mlql=Q*1000/nLhK式中n——埋管根數(shù)L——埋管深度［7］換熱器管長及埋管布置熱傳導(dǎo)率KK2—5m。8。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及前景2050Ingersoll根據(jù)Kelvin投資高，因而未得到推廣。直到70年代，石油危機(jī)把人們的注意力集中到節(jié)能時(shí)，地源熱20805進(jìn)行研究，建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬。此時(shí)地下埋管由金屬管換為塑料管［9］[10]。20903泵系統(tǒng)與整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合運(yùn)行的研究及商業(yè)化、市場化中必須解決的問題上來。我國在開展土壤源熱泵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用起步較晚，但到2000年左右，在各種因素的作用下，成為一個(gè)非常熱門的研究課題。1989年，ft東青島建筑學(xué)院在國內(nèi)建立了第一臺土壤源熱泵系統(tǒng)的試驗(yàn)臺，開始主要從事水平埋管的研究工作，后又完成了豎直埋管換熱的研究工作。天津商學(xué)院幾乎在同一時(shí)901998年開始進(jìn)行了多層水平埋管的換熱特性研究；重慶建筑大學(xué)的劉憲英等人從1999年開始在國家自然科學(xué)基金的資助下進(jìn)行了豎直管換熱器地源熱泵的采暖和供冷特性研究。很多應(yīng)用實(shí)例，目前較多應(yīng)用在商業(yè)系統(tǒng)。善冬季室內(nèi)熱環(huán)境，主要措施是采用局部采暖裝置，如小型傳統(tǒng)空調(diào)或電加熱器。傳統(tǒng)空必將擁有廣闊的前景。工程實(shí)例1013書房和2［11。圖4樣板工程頂板加置換式送風(fēng)的空調(diào)方式，其維護(hù)結(jié)構(gòu)采取了節(jié)能措施。選2001年8月開工，2001年1016～19℃，室內(nèi)溫度23～250/頂板溫度2～23539℃，22～264029～3029～30℃，人體感覺非5000上海長寧區(qū)某幢兩層獨(dú)立式別墅住宅，該別墅建筑面積為260m2，空調(diào)房間共有8150m23.2m，14.2m。別墅周圍僅有一面積約為120m2的L置豎直埋管地下?lián)Q熱器，這個(gè)系統(tǒng)采用了豎直單U形管的地下?lián)Q熱器［12］該空調(diào)系統(tǒng)COP夏季為3.5，冬季