地源热泵结合热水地暖系统的特点

2013-01-17

地源热泵原理图

地源热泵包括一个土壤耦合地热交换器，该交换器要么水平地安装在地沟中，要么以U形管状垂直安装在竖井之中。不同管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。在液体温度较低时，系统中需加入防冻液，北方地区应用时应特别注意。
　　
　　据了解，地源热泵技术诞生于20世纪80年代中期。该技术利用了储存在大地表层中的热能，冬季从地下提取热量，夏季把建筑中的热量又存入地下，从而提供冬夏两季采暖和制冷所需要的能源。与其他能源相比，这种能源的利用节能效果明显——要想产生100%%可利用的热能，一般的采暖锅炉需要110%%至120%%的初级能源(燃油或燃气)，并且这种资源是不可再生的，燃烧后还要造成环境污染。而地源热泵系统正好相反，产生同样数量的热能，它仅需要1/4的电能，其他3/4的能量来自大自然中免费的可再生能源。
　　
　　地源热泵包括一个土壤耦合地热交换器，该交换器要么水平地安装在地沟中，要么以U形管状垂直安装在竖井之中。不同管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。在液体温度较低时，系统中需加入防冻液，北方地区应用时应特别注意。
　　
　　现场勘测
　　
　　在决定使用地源热泵之前，相关部门对现场情况资源进行了准确详实的了解。虽然一些地区安装地源热泵可能会因为一些特殊情况增加设备或安装的成本，但大部分地区是适合安装的。根据工程惯例，对任何地点适应性的评估都应充分考虑当地地质的状况，包括松散土层在自然状态和负载后的密度，含水土层在负载后的状况，岩石层岩床的结构等。
　　
　　根据地质报告，相关方面对地源热泵系统进行了评估。这些在工作开始时对当地情况进行的鉴定，能够确保设计期间避免遇到潜在的复杂的问题，同时设计部门也需要上述资料，以便选择合适的钻孔和挖掘设备，并且可以节约大量时间和经费。
　　
　　方案选取
　　
　　在现场勘测结果的基础上，确定热交换器的布置方式：是采用垂直竖井布置方式还是水平布置方式。对此，现场可用地表面积是一个必须考虑的因素。
　　
　　在预布置时，各竖井的间距定为4.6米左右，这是为保证在大多数情况下各竖井间的相互热干扰和(或)长时间后的热积聚可以忽略不计，也可以保证此后确定的竖井的各种参数满足设计要求。
　　
　　虽然双U形管/竖井构造的热交换器比单U形管/竖井构造的热交换器每吨需要更多管道，但综合评估表明：因少钻竖井而节省的费用完全可以补偿由于管道数量的增加而增加的费用。
　　
　　并联管道垂直式热交换器与串联管路垂直式热交换器相比，U形管管井可以更小，从而可以降低管路费用、防冻液费用。由于较小的管路更容易制作，人工费用也可能减少。而且U形管管径的减小使竖井直径也相应变小，钻孔费用也能相应降低。并联管路热交换器同一环路集管连接的所有竖井的传热量是相同的，而串联管路热交换器每个竖井的传热量是不同的。
　　
　　垂直式土壤热交换器的数量取决于建筑物的负荷。建筑物负荷是建筑物类型、大小、位置、内部负荷(即设备使用发热、照明、人体发热)、室外空气渗透、太阳辐射得热、维护结构和通风情况的函数。其他影响土壤热交换器数量的因素还有平均土壤温度、覆盖层(土壤)和岩石多少、地下各层得热传导系数、热泵效率和热交换器管路大小。
　　
　　地源热泵与热水地暖相结合的优点
　　
　　地源热泵系统的室外设备非常少，而且机房可布置在地下室，节省了高昂的维护和保安费用。没有屋顶设备，也就没有屋顶承重、修饰或挡光的问题，外部噪声大大降低，并且建筑整体美感也得到了很好的保持。
　　
　　住宅小区采用地源热泵还有一个重要原因——会给开发商带来很大的益处。采用地源热泵的好处，对那些没有市政供热的小区尤其明显。而有市政供热的小区也可采用地源热泵。这一方面是因为市政供热接口费相当昂贵：住宅一般为40元/平方米，而且ZF已出文件，禁止开发商向业主收取暖气集资费。另一方面，地源热泵运行费用较低，而且ZF还未出台文件具体规定以热泵为热源的小区居民冬季采暖费收取值。目前该类业主交纳的采暖费也和市政采暖相同，即采暖期(4个月)18.4元/平方米。这样，物业公司可以获得一些收益。户内采用的供暖方式为低温热水地面辐射采暖。由于地源热泵的出水温度一般是50摄氏度~60摄氏度，正好满足低温热水地面辐射供暖系统不高于60摄氏度的要求，无需增加换热设备，可大大减少投资，这也是二者联合应用的优势。