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地源热泵系统的分类

来源:来源:地源热泵 作者:杭州乾球 时间:2011-04-19 时间:2013-11-18 点击:1395

地源热泵根据对低温热源的利用方式的不同,可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管,该组套管一般水平或垂直埋于地下或地表水域中,通过与土壤或地表水域水换热来实现能量转移。(其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵,埋于海水中的系统又称海水源热泵)。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。

   1. 地源热泵系统的分类

    在实际应用中,一般按照低温热源的类型和应用方式将地源热泵系统分为以下四类。

    1.1.1 地下水热泵系统

    也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出,通过二次换热或直接送至地源热泵机组,经提取热量或释放热量后,由回灌井群灌回地下。

    1.1.2 地表水热泵系统

    通过直接抽取或者间接换热的方式,利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。

图1 地下水热泵系统  图2 地表水热泵系统

图1 地下水热泵系统               图2 地表水热泵系统

    1.1.3 水平埋管地源热泵系统

    通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体,使中间介质在水平埋于土壤内部的封闭环路(土壤换热器)中循环流动,从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

    1.1.4垂直埋管地源热泵系统

    通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体,使中间介质在垂直埋于土壤内部的封闭环路(土壤换热器)中循环流动,从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

图3 水平埋管地源热泵系统  图4 垂直埋管地源热泵系统

图3 水平埋管地源热泵系统            图4 垂直埋管地源热泵系统

    地下水热泵系统和地表水热泵系统一般直接称为“水源热泵系统;水平埋管和垂直埋管地源热泵系统一般也称为“地下耦合热泵系统”或“土壤源热泵系统”。

    2. 地源热泵系统在应用中存在的问题

    地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下 水可以排入地表水系统,但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。但是,应 用这种地下水热泵系统也受到许多限制。首先,这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。因此在决定采用地下水热泵系统之前,一定要做详细的水文 地质调查,并先打勘测井,以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系。如果地下水位较低,不 仅成井的费用增加,运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。此外,虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但目前国内地下水回灌技术还不成熟,在很多地 质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内,造成地下水资源的流失。

    地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热 泵的型式。当然,这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制。此外,由于地表水温度受气候的影响较大,与空气源热泵类似,当环境温度越低时热泵的供热量越 小,而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关,需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水 体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。

土壤埋管式热泵系统在冬季供热过程中,载热介 质从地下收集热量,再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行,即从室内带走热量,再通过系统将热量送到地下岩土中。因此,土壤埋管式热泵系统保 持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。它是一种可持续发展的建筑节能新技术。1998年美国能源部颁布法规, 要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。为了表示支持这种节能环保的新技术,美国总统布什在他的得克萨斯州的宅邸中也安装了这 种地源热泵空调系统。但这种地源热泵系统对土壤换热器的材质及地质结构的要求比较高,同时埋设换热器需要较大的场地,系统投资也较其它方式要高,所以这种系统一般应用于面积比较小的居住类单体建筑,在大型工程中应用相对困难。


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