地源热泵系统的热平衡问题分析.docVIP

文章编号：CAR179 地埋管地源热泵系统的热平衡问题分析 马福一 刘业凤 （上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093） 摘 要 通常，地埋管地源热泵年运行的吸排热不平衡，这会导致热堆积，引起系统性能下降。结合浅层地热资源的性质和 地域特性，综合分析了地埋管地源热泵热平衡问题的由来，及其对热泵运行和生态环境的影响，并结合热平衡问题的影响因 素提出了解决热平衡问题的技术思路。 关键词 地源热泵 热平衡 地域特性 生态环境 ANALYSIS OF HEAT BALANCE IN GROUND-SOURCE HEAT PUMP Ma Fuyi Liu Yefeng (College of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, P.R.China) Abstract Usually,the annual absorbing and releasing load are always different in Ground-source heat pump running which will lead to heat accumulation, and the heat pump performance will degrade. Based on nature of shallow geothermal resources and regional characteristic, the cause of ground heat imbalance in Ground-source heat pump is analyzed. And heat imbalance impacting on heat pump operation and the ecological environment are also analyzed. Combined with the influencing factors of imbalance, the technical considerations for solving this problem is put forward. Keywords Ground-source heat pump Heat balance Regional characteristic Ecological environment. 0 引言 地源热泵系统主要利用储存于地表浅层近乎于无 限、不受地域限制的低焓热能，属于可再生能源利 用技术，具有高效节能、低运行成本和良好的社会 环保效益等优点[1]。相对于地下水地源热泵和地表 水地源热泵，地埋管地源热泵不受地域限制、不污 染地下水，不受水文环境地质政策的限制，具有更 好的应用前景，近年来作为一种新的空调冷热源在 我国发展迅速[2]。 深层土壤一年四季相对恒定的温度保证了地 源热泵系统的高效节能，但是土壤吸排热不平衡可 能造成土壤温度持续变化，不利于热泵的长期稳定 运行，也会对生态环境造成一定影响。地源热泵空 调系统要获得大规模应用，必须对热平衡问题进行 资助项目：上海市重点学科建设（编号：S30503）. 联系方式：mafuyi1894@ 深入研究。 1 土壤热平衡问题的产生 地源热泵系统并不是一种地热利用系统，它只 是将地下下含水层、土坡、岩石、卵石及深层地表 水作为热泵吸排热的蓄热体[3]。从地质构造上来讲， 地下 30-300m 间的地层是一个受太阳照射与气温影 响和地核导热与对流影响的恒温层，这个恒温层的 温度与当地全年平均气温有很好的相关性，但完全 不受当地四季气温变化的影响。并且，由于地壳的 导热系数小，热容量大，短期内此恒温带的温度恢 复不可能由地表太阳照射或深层地热资源来补充。 而一般情况下，地埋管换热器与扩散半径范围 内的土壤换热过程中，夏季累计向土壤的放热量与 冬季从土壤的取热量一般并不一致, 加之地源热 泵有很强的地域性，刘晓茹[4]以一幢地上二层别墅 为例，在假设建筑物采用了相同的围护结构，通过 软件对我国 5 个典型气候区域代表性城市的全年逐 时空调负荷，结果如图 1 所示。各地都不同程度的 存在吸排热不平衡的状况。 120.0 曲线增大。马宏权等[6]对武汉市民用住宅的地埋管 地源热泵项目实测了 3 个季度。发现该项目运行一 年后土壤温度有明显升高，各层土壤的温升为 1.5～ 2℃,这种趋势可以导致周期年后地埋管地源热泵系 100.0 80.0 吸 60.0 排 40.0 热 20.0 不 0.0 96.0 88.2