采用热回收方式解决土壤热平衡问题的工程实例及分析.pdfVIP

采用热回收方式解决土壤热平衡问题的 工程实例及分析 武汉科技大学 姚远 符永正 摘要：结合工程实例对地埋管地源热泵技术应用中的土壤热平衡问题进行了分析，并介绍了 目前常用的几种解决该问题的技术措施，针对采用热回收生产卫生热水作为部分辅助冷源的 方式，进行了工程实例的计算和分析。 关键词：地埋管地源热泵 土壤热平衡 多余热量回收利用 1 序言 地埋管地源热泵系统如今在国内已得到较多的应用，在应用中也遇到了一些问题，其中 土壤热平衡问题尤为突出。当地埋管地源热泵系统冬夏兼用时，在北方地区建筑热负荷大 于冷负荷，所以系统冬天从土壤中提取的热量比夏季向土壤中排放的热量大，而南方地区 则相反，于是就会造成土壤得失热量的不平衡。长期如此，地下土壤平均温度会下降或上 升,尤其是在地埋管管群集中的中心区域,系统与土壤的换热能力将不断下降，导致系统能 效的下降。本文在介绍常用的热平衡措施的基础上，主要对采用热回收的方式，针对一个 工程实例进行计算和分析。 2 解决地源热泵系统热平衡问题的方法 土壤热平衡问题是地埋管地源热泵系统设计与应用中需要解决的首要问题，如今已经有 不少方法应用在实际工程中，并取得了不错的效果，比如在系统中加入辅助冷热源、间歇式 控制等措施。其中使用较为广泛的措施就是采取混合式地源热泵系统。混合式地源热泵即地 埋管换热系统与辅助散热设备或辅助热源混合使用的热泵系统，分为室内换热系统和室外换 热系统两大部分[1] 。 2.1 冷却塔-地埋管地源热泵 在南方地区，建筑负荷特点一般是夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以土壤热平衡问题是 体现在土壤热量的堆积上。在此种负荷特点下，设计中地埋管的热容量是以建筑物的热负荷 作为设计基础，夏季供冷时采用辅助散热设备散去室内多余热量。 冷却塔是混合式地源热泵系统最常用的散热设备，在大部分工程设计中，通常是根据建 筑全年累计总负荷计算热量得失，由系统对土壤取热量与散热量之差计算冷却塔循环水量从 而选取冷却塔型号，在控制冷却塔时则固定时间启停。但由于建筑负荷与周围环境息息相关 且负荷变化是一个动态过程，所以不应该单纯以此法选取和控制冷却塔。在文献【2】中提 出了比较合理的冷却塔选型和控制方法，即由土壤在热泵制冷工况运行下的平均进水温度 （根据经验数据或模拟计算得出）计算出冷却塔容量大小的平衡点T，查询当地全年逐时室 外干湿球温度数据得出当室外湿球温度为T 时室外干球温度的平均值，进而求得在此室外条 件下的建筑冷负荷Q ，再根据热泵机组的EER 值计算出机组的放热量Q , 由此选取冷却塔。 c f 此法在选型计算中与建筑所在地区气候特点和建筑负荷特点都紧密联系起来，所以所得结果 符合工程实际情况。而冷却塔的启停控制方法是根据机组出水温度来判断是否需要冷却塔辅 助，且当所选冷却塔出水温度小于土壤在热泵制冷工况运行下的平均进水温度时启用冷却塔 （因此时在流量相同情况下，使用冷却 塔比使用埋管更有利于提高机组的运 行效率）。 采用冷却塔—地埋管地源热泵系 统可以很好的解决土壤热平衡问题，而 合理的选取和控制冷却塔，可以减少部 分埋井数量，节约室外地埋管换热器的 安装面积，同时初投资也会相应降低。 如图所示为冷却塔—地埋管地源热泵 系统原理图。 图1 冷却塔－土壤源热