地源熱泵結合熱水地暖系統(tǒng)的特點

2013-01-17

地源熱泵原理圖

地源熱泵包括一個土壤耦合地熱交換器，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連接，再通過不同的集管進入建筑中與建筑物內的水環(huán)路相連接。在液體溫度較低時，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應用時應特別注意。
　　
　　據了解，地源熱泵技術誕生于20世紀80年代中期。該技術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(燃油或燃氣)，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，產生同樣數量的熱能，它僅需要1/4的電能，其他3/4的能量來自大自然中免費的可再生能源。
　　
　　地源熱泵包括一個土壤耦合地熱交換器，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連接，再通過不同的集管進入建筑中與建筑物內的水環(huán)路相連接。在液體溫度較低時，系統(tǒng)中需加入防凍液，北方地區(qū)應用時應特別注意。
　　
　　現場勘測
　　
　　在決定使用地源熱泵之前，相關部門對現場情況資源進行了準確詳實的了解。雖然一些地區(qū)安裝地源熱泵可能會因為一些特殊情況增加設備或安裝的成本，但大部分地區(qū)是適合安裝的。根據工程慣例，對任何地點適應性的評估都應充分考慮當地地質的狀況，包括松散土層在自然狀態(tài)和負載后的密度，含水土層在負載后的狀況，巖石層巖床的結構等。
　　
　　根據地質報告，相關方面對地源熱泵系統(tǒng)進行了評估。這些在工作開始時對當地情況進行的鑒定，能夠確保設計期間避免遇到潛在的復雜的問題，同時設計部門也需要上述資料，以便選擇合適的鉆孔和挖掘設備，并且可以節(jié)約大量時間和經費。
　　
　　方案選取
　　
　　在現場勘測結果的基礎上，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，現場可用地表面積是一個必須考慮的因素。
　　
　　在預布置時，各豎井的間距定為4.6米左右，這是為保證在大多數情況下各豎井間的相互熱干擾和(或)長時間后的熱積聚可以忽略不計，也可以保證此后確定的豎井的各種參數滿足設計要求。
　　
　　雖然雙U形管/豎井構造的熱交換器比單U形管/豎井構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)省的費用完全可以補償由于管道數量的增加而增加的費用。
　　
　　并聯管道垂直式熱交換器與串聯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用、防凍液費用。由于較小的管路更容易制作，人工費用也可能減少。而且U形管管徑的減小使豎井直徑也相應變小，鉆孔費用也能相應降低。并聯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量取決于建筑物的負荷。建筑物負荷是建筑物類型、大小、位置、內部負荷(即設備使用發(fā)熱、照明、人體發(fā)熱)、室外空氣滲透、太陽輻射得熱、維護結構和通風情況的函數。其他影響土壤熱交換器數量的因素還有平均土壤溫度、覆蓋層(土壤)和巖石多少、地下各層得熱傳導系數、熱泵效率和熱交換器管路大小。
　　
　　地源熱泵與熱水地暖相結合的優(yōu)點
　　
　　地源熱泵系統(tǒng)的室外設備非常少，而且機房可布置在地下室，節(jié)省了高昂的維護和保安費用。沒有屋頂設備，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。這一方面是因為市政供熱接口費相當昂貴：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。另一方面，地源熱泵運行費用較低，而且ZF還未出臺文件具體規(guī)定以熱泵為熱源的小區(qū)居民冬季采暖費收取值。目前該類業(yè)主交納的采暖費也和市政采暖相同，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。戶內采用的供暖方式為低溫熱水地面輻射采暖。由于地源熱泵的出水溫度一般是50攝氏度~60攝氏度，正好滿足低溫熱水地面輻射供暖系統(tǒng)不高于60攝氏度的要求，無需增加換熱設備，可大大減少投資，這也是二者聯合應用的優(yōu)勢。