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复合补热地源热泵系统在北方地区的应用效果分析
复合补热地源热泵系统在北方地区的
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应用效果分析
清华大学 李炳田☆ 游田 王宝龙 李先庭 石文星△
摘要 近年来地源热泵系统在我国北方地区发展很快,但常遇到系统全年从土壤中的取热量大于向土壤的排热量,从而导致运行性能逐年变差的问题。本文提出了复合补热地源热泵系统新方案,即在非供暖季,采用基于分离式热管和蒸气压缩式热泵各自优势而构建的地源热泵补热机组,从室外空气中取热为土壤进行高效补热,从而解决地源热泵系统的土壤热平衡问题。以某一典型铁路站房建筑为例,模拟分析采用补热机组的地源热泵系统在我国北方不同气候条件下的全年运行性能,结果表明,带补热机组的地源热泵系统具有良好的供热性能,有望成为北方地区实现高效、清洁供暖的方案。
关键词 地源热泵系统 土壤热平衡 分离式热管 空气源热泵 复合补热机组
0 引言
竖直地埋管地源热泵系统被誉为一种清洁高效的可再生能源利用系统,在我国北方地区应用越来越广泛。相对空气源热泵而言,如果能实现全年土壤热平衡,地源热泵系统在供热时具有良好的节能效果,当配合采用地板辐射末端时优势更加明显[1-3]。
然而,北方地区尤其严寒地区的建筑采用地源热泵系统时,其冬季从土壤的取热量大于夏季向土壤的放热量。长期运行后土壤温度势必越来越低,导致地源热泵的性能变差,甚至无法运行[4-6]。目前的解决方案主要有[7-9]:增加埋管数量或埋管间距,利用高品位热源(锅炉、城市热网、电能)或太阳能进行补热。采用增加埋管数量或埋管间距的方案虽然可以延缓地温下降的速度,但是不能解决土壤热不平衡的本质问题,而且在实际工程中,地下换热系统安装面积有限,初投资相对较高。故这种方案不是保证地源热泵长期高效运行的理想途径。利用???品位热源给土壤补热则会造成能源品质浪费,效率低下;当然可以直接利用高品位热源向室内供暖,仅构建满足冬夏热平衡规模的地源热泵系统,但此时系统容量要小得多,未达到采用地源热泵系统的初衷。太阳能补热系统的热流密度较低,初投资大,对自控系统和运行管理要求高,而且工程应用表明,太阳能集热器在寒冷地区应用时因冷热变化剧烈,冬季容易出现爆管现象,故太阳能集热器补热的可靠性受到较大的限制。
/doc/104e9df026fff705cc170a88.html因此,探索可靠性高、投资适宜、性能高效地解决北方地区地源热泵应用中的土壤热不平衡问题的技术方案是行业关注的重要课题。本文提出一种利用集分离式热管和空气源热泵为一体的复合补热机组进行补热的新型地源热泵系统方案(简称:复合补热地源热泵系统),通过模拟方法,分析新型地源热泵系统的应用效果,希望为我国北方地区地源热泵的合理应用提供参考。
1 基于热管/空气源热泵复合补热机组的地源热泵系统
1.1复合补热地源热泵系统方案
针对现有北方地区地源热泵系统的不足,本文提出了图1所示的复合补热地源热泵系统方案[10],该系统由空调及供热用地源热泵机组、制取生活热水的地源热泵热水机组、热管/空气源热泵复合补热机组、地下埋管换热系统、室内空调末端系统五个主要部分组成,通过管道、阀门将上述各部分有机连接成一个整体。该系统与常规系统的区别在于,在系统中增设了热管/空气源热泵复合补热机组及其关联部件。
? 国家自然科学基金资助项目(编号,国家“十二五”科技支撑项目“浅层地热能集成应用技术与评估及示范”(编号:2011BAJ03B09)
☆李炳田,1981年6月生,博士研究生 △石文星(通讯作者),100084 北京清华大学建筑技术科学系,(010E-mail:wxshi@
复合补热地源热泵系统根据一年四季不同的气象条件,可以采用地源热泵制热、地源热泵制冷、补热机组补热(分离式热管补热或空气源热泵补热)、补热机组制取生活热水等运行模式,通过一定的控制方法可以实现各种运行模式的切换。该系统能很好的解决北方地区地源热泵系统存在的土壤热不
平衡问题。 1.2 热管/空气源热泵复合补热机组
简介
热管/空气源热泵复合补热机组
(简称:复合补热机组)是复合补
热地源热泵系统的核心设备,不仅可用于新建地源热泵工程,也可用于解决北方地区现有地源热泵系统中出现的土壤热不平衡问题。其主
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