1、地源熱交換泵的原理
地源熱交換泵分為地下水源熱交換泵、 地表水源熱交換泵（2011中國熱泵展）和地埋管地源熱交換泵。地埋管地源熱交換泵系統為閉式系統, 通過循環液(水或以水為主要成分的防凍液) 在封閉的地下埋管中流動, 實現系統與大地間的傳熱交換。結構上有一個由地下埋管組成的地埋管換熱交換器。地埋管換熱交換器的設置形式主要有水平和豎直兩種。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為 0. 1 m~ 0. 15 m 的鉆孔, 在鉆孔中設置 1 組( 2根) 或 2 組(4 根)U 形管并用灌漿材料填實 。
制冷工況下, 空調房間冷負荷連同壓 縮機的功所轉化的熱交換量被排入大地室外埋管換熱交換器 1 與換熱交換器 2( 此時換熱交換器 2 在熱交換泵機組中起冷凝器作用) 之間, 通過管道連接熱交換器 2中吸收制冷劑的熱交換量, 通過室外埋管換熱交換器 1 傳入大地;時換熱交換器 2 轉換成為熱交換泵機組的蒸發器, 循環水流經室外埋管換熱交換器 1時吸收大地中的熱交換量在換熱交換器 2( 蒸發器) 中釋放給制冷劑。在室內同樣既可以通過水的循環進行熱交換量傳遞, 也可以使制冷劑直接流經房間換熱交換器與空氣進行熱交換交換。
2、地源熱交換泵的特點
1) 節能: 地源熱交換泵制冷時比傳統中央空調系統運行效率要提高 30%~ 50%; 供暖時要比熱交換力管網集中供熱交換或燃油燃氣供熱交換系統降低 20%~ 60%。
2) 減排: 以清潔能源代替燃煤供暖, 系統無燃燒設備不產生 CO, CO2等溫室氣體。房間內采用水作為循環介質, 沒有氟利昂的泄漏。
3) 環保: 沒有燃燒過程, 不存在污染物 排放問題, 屬綠色環保技術。
4) 長效: 冬季取出的熱交換量可在夏天得到補償, 全年循環利用, 有可再生性; 沒有環境污染隱患并避免 了對資源造成破壞, 有可持續性。
地源熱交換泵也有一些不足之處:
1)初投資偏高;
2) 對當地的地質條件及氣候條件依賴性強等。
3、工程使用剖析
以某別墅工程為例。總建筑面積 639 m2, 室內溫度夏季線路盡量采用架空, 不能架空也要采取保護措施。注意不要讓電線浸泡在水中或被物體碾壓, 電線老化、 表皮破損、 用電器具和零件缺損等要及時更換和維護、 維修, 嚴禁使用拖線圓盤、 多用插座等無防雨措施的電器具。
4、結語
為了安全生產、 文明生產, 確保人民生命財產安全有切實的保障, 在工程施工過程中只有不斷發現和有的放矢地解決建筑施工用電安全過程中的各種問題, 以認真負責的態度將用電安全事故杜絕在萌芽狀態, 從安全的點點滴滴抓起, 明白安全無小事, 才會有建筑施工行業生存與發展的希望和經濟效益、 社會效益雙贏
的可能。24℃~26℃, 冬季26℃~28℃; 相對濕度:45.5%~60.5%。由此該別墅空調系統擬采用節能環保的地源熱交換泵空調系統。
4. 1 負荷計算
結合上海氣象參數, 系統在制冷工況時, 冷凍機溫度為7℃ ~12℃, 冷凝器溫度為40℃ ~45℃ , 計算得冷負荷 79. 2 kW, 熱交換負荷 65 kW。
由于冬季的吸熱交換量小于夏季的排熱交換量, 因此地下換熱交換器的選取以夏季為基準選取。由此得到地下換熱交換器冷熱交換負荷分別為95 kW, 49.4 kW。
4. 2 系統設計
1)確定地下換熱交換器埋管形式及管路連接方式。考慮該別墅 建筑戶外小花園的面積情況, 采用豎直單 U 形管的地下換熱交換器。對豎直埋管系統, 并聯方式的初投資及運行費用均較經濟。由于地下埋管多環路難于設置調節閥或平衡閥, 難于做到系統各環路的水力平衡, 因此采用同程式。
2)管長估算。一般垂直單 U 形管埋管的換熱交換能力為 50 W/ m~80 W/ m(井深) , 設計時可取換熱交換能力的下限值。
3)確定埋管間距。垂直地埋管換熱交換器計算的基礎是單個鉆 孔的傳熱交換剖析3. 14s，當埋管間距大于 3. 5 m 時, 其大地熱交換阻的干擾影響已經很小。參考 GB 50366-2005 地源熱交換泵系統技術規范規定埋管間距為3 m~ 6 m, 按照不小于4 m 間距設計能保證土壤耦合器正常使用。
4) 確定豎井數目及間距。由于上海地區的地質情況為 0 m~100 m, 多以黏土、 砂為主。結合該地土壤情況及工程的實際使用情況和 PE 管的承壓能力, 確保土壤換熱交換器使用的安全性, 選取鉆孔深度為 90 m。計算可得鉆孔數量夏季為 21 個, 冬季為 18 個, 所以取 21。綜上所述并考慮各種因素, 該工程擬定的埋管方式為: 單 U 形埋管, 深度 90 m, 間距 4 mX4 m, 設計鉆孔數量 21 個。
4. 3經濟性剖析
地源熱交換泵是一種高效的節能環保技術, 但地源熱交換泵是否具有經濟競爭力將是地源熱交換泵能否實際使用的一個關鍵問題。由于涉及的因素多, 不同地區, 不同能源結構及價格等都將直接影響地源熱交換泵的經濟性。由電、 天然氣、 柴油三種常用能源基本情況可以看出, 利用地源熱交換泵, 降低了成本, 大大提高了一次能源的利用率, 因此具有高效節能的優點。
5、結語
通過對地源熱交換泵系統與傳統空調系統的比較剖析, 對既需要供暖又需要空調的場所, 地源熱交換泵在目前能源價格下有較強的經濟競爭性。其性能系數比普通空調有較大的提高, 且設備集中、性能良好, 具有較好的可行性。