蓄能技術(shù)地源熱泵

內(nèi)容基本概念發(fā)展概述基本傳熱理論地埋管換熱器實(shí)驗(yàn)測(cè)試新技術(shù)部分研究工作基本概念—名詞地源熱泵GSHP（GroundSourceHeatPump）；土壤耦合熱泵系統(tǒng)(GCHP)地下水熱泵系統(tǒng)(GWHP)地表水熱泵系統(tǒng)(SWHP)埋管換熱器BHE（BoreholeHeatExchanger）（注：在美國(guó)，公認(rèn)的術(shù)語則是“豎直環(huán)路”）；地?zé)嵝钅躑TES（UndergroundThermalEnergyStorage）?；靖拍睢x

地源熱泵（ground-sourceheatpumps）是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（包括地下水、土壤或地表水等）的，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能裝置。夏季制冷時(shí)，大地作為排熱場(chǎng)所，把室內(nèi)熱量以及壓縮機(jī)耗能通過埋地盤管排入大地中，一部分蓄積在排熱點(diǎn)附近，一部分通過土壤的導(dǎo)熱和土壤中水分的遷移熱量擴(kuò)散出去。冬季供熱時(shí)，大地作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩矗ㄟ^埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱。兩個(gè)換熱器都既可作冷凝器又可作蒸發(fā)器，只是因季節(jié)不同而功能不同?？梢钥吹剑诘卦礋岜每照{(diào)系統(tǒng)中，由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補(bǔ)償，因而可使大地?zé)崃炕酒胶??；靖拍睢卦礋岜肎SHP特點(diǎn)低運(yùn)行費(fèi)用，能效比高，約是傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的1.2~1.5倍可不設(shè)冷卻塔、鍋爐地溫穩(wěn)定，不受室外溫度影響，高效，運(yùn)行穩(wěn)定對(duì)環(huán)境影響小，綠色環(huán)保維護(hù)費(fèi)用較低一機(jī)多用，可用于供熱、供冷、供生活熱水地埋管系統(tǒng)經(jīng)久耐用，壽命可達(dá)20年以上對(duì)前期工作中，地質(zhì)條件探查有較高要求基本概念—COP與熱源溫度關(guān)系基本概念—地源熱泵（GSHP）基本型式

地源熱泵（GSHP），又名地?zé)釤岜?，?shí)際上都是熱泵和與大地?fù)Q熱系統(tǒng)的復(fù)合物（圖．1）。他們基本上都含有一個(gè)地下?lián)Q熱器（稱這種系統(tǒng)為“閉環(huán)系統(tǒng)”），或是一個(gè)用井中的地下水來運(yùn)行的系統(tǒng)（稱這種系統(tǒng)為“開環(huán)系統(tǒng)”）。熱量能通過以下幾種方式從地下提?。旱叵滤此^的“開式系統(tǒng)”）；豎直埋管換熱器（即BHE）；

水平埋管換熱器；

“地下構(gòu)造物”（裝有換熱器的基樁）。圖．1表示了一個(gè)典型的BHE裝置。制熱工況，以大地作為熱源，用液體（通常是水或是水與防凍劑的混合物）作為熱媒，以利用地?zé)?；制冷工況下，系統(tǒng)則以大地作為冷源。每輸出1kWh的熱量或冷量，通常只消耗0.22~0.35kWh的電能，較之使用空氣作為熱/冷源的空氣-空氣熱泵，在相同時(shí)間里節(jié)省了30~50%的能耗。發(fā)展概述-歐洲地源熱泵是節(jié)能項(xiàng)目；采暖中應(yīng)用較多；大多數(shù)的歐洲國(guó)家并未擁有足量的可以直接拿來使用的地下熱水資源（但像冰島、匈牙利和法國(guó)等國(guó)家則不在此例）。應(yīng)用低焓蓄水層來向大量的用戶供暖也只是局限于具有特殊地質(zhì)背景的地區(qū)。在這種情況下，在非集中式的GSHP系統(tǒng)中利用普遍存在的淺層地?zé)豳Y源成為了必然的選擇。研究比較深入和實(shí)用；發(fā)展概述-美國(guó)

到目前為止，全球75%的地源熱泵安裝在北美地區(qū)；直接膨脹

(DX)

熱泵系統(tǒng)：針對(duì)住宅

(別墅)

建筑和小型商用建筑，顧慮主要集中在對(duì)環(huán)境保護(hù)以及系統(tǒng)的使用年限上。目前大部分北美熱泵制造商均提供這種直接膨脹的DX熱泵系統(tǒng)。混合熱源

(Hybrid)

系統(tǒng)：即采用地源和其它熱源的混合方式。最主要的是地源和空氣源的混合，這種混合方式運(yùn)行的效率可以達(dá)到和完全埋管方式相當(dāng)?shù)乃剑窆艿囊?guī)模卻僅為后者的1/3~1/2。初期投資顯著降低，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性明顯提高。運(yùn)行策略是通過室內(nèi)需求，當(dāng)時(shí)電價(jià)，室外空氣溫度以及地下循環(huán)溫度的綜合模型優(yōu)化形成的。垂直立井

(Standing

Column

Well)

系統(tǒng)：這種形式的系統(tǒng)即不同于抽取地下水的開始系統(tǒng)，也不同于封閉的套管系統(tǒng)，而被認(rèn)為是一種半開半閉式的系統(tǒng)。系統(tǒng)的壽命、可靠性、設(shè)備的免維護(hù)方面等均不如封閉式系統(tǒng)，但地下系統(tǒng)的投資可大幅度降低。金屬板式換熱(Jim

Slim)系統(tǒng)：由于北美的住宅占地大，并且大量的房子臨水

(湖、河、溪)

而建，因此一種平板式的金屬

(鈦)

換熱器被用來直接沉放在水體里面，作為從淺表水中提取能量的裝置。這種方式受歡迎原因在于其安裝簡(jiǎn)便、成本低、運(yùn)行效果好。熱泵和燃料電池(Fule

Cell)復(fù)合系統(tǒng)：正在進(jìn)行中的技術(shù)中，以家庭能源系統(tǒng)和地源熱泵的結(jié)合最為有挑戰(zhàn)性，其中策略之一是將氫電池(Fuel

Cell)和地源熱泵、太陽能結(jié)合形式成一個(gè)獨(dú)立的無外部能源供應(yīng)、但可提供電力照明、冷暖氣的系統(tǒng)。非常適合遠(yuǎn)電力輸送的地區(qū)。

發(fā)展概述-GSHP系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)埋地?fù)Q熱器傳熱模型的研究

回填材料的研發(fā)

土壤熱源熱泵系統(tǒng)的合理配置

土壤熱物性的研究基本傳熱理論-

地表活動(dòng)層初始溫度場(chǎng)分布基本傳熱理論-開爾文線源理論根據(jù)拉氏變換可得溫度解析解的基本型式熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)——測(cè)試的重要性

與其他空調(diào)形式相比，地埋管地源熱泵增加了地埋管換熱系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方案直接影響到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。為了提高地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在建設(shè)初期應(yīng)該掌握項(xiàng)目地的地埋管換熱器的換熱特性，進(jìn)行相關(guān)的勘察、測(cè)試工作。勘察、測(cè)試工作獲取的參數(shù)包括地層巖性、巖土初始平均溫度、巖土體熱物性參數(shù)（主要是平均導(dǎo)熱系數(shù)）及其他參數(shù)（如冬、夏季運(yùn)行工況單位延米換熱量、綜合傳熱系數(shù)等）。熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)概況

額定工況下，熱泵產(chǎn)出的有效能量與其所耗電能的比定義為“性能系數(shù)”

COP（CoefficientofPerformance）。COP值主要取決于從地下回路中出來的即將進(jìn)入熱泵的水的溫度，而入口水溫又主要取決于當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件（地下熱能和地下水的參數(shù)，氣候環(huán)境）和熱泵的技術(shù)參數(shù)（地下?lián)Q熱器的長(zhǎng)度、類型，灌漿的原料、類型和質(zhì)量，等等）。影響一臺(tái)熱泵的COP值的其他因素有熱/冷負(fù)荷，建筑物供暖/冷系統(tǒng)的類型和相關(guān)的設(shè)計(jì)供給溫度。在地表下約10m深處，地下溫度全年基本上都是不變的（主要取決于當(dāng)?shù)靥鞖獾那闆r和周圍介質(zhì)的溫度），而且隨著距地表處深度的增加溫度的增幅卻不大，因此，BHE顯示出了比水平埋管換熱器更好的運(yùn)行性能和節(jié)能效果。熱響應(yīng)測(cè)試在熱響應(yīng)測(cè)試中[Sanner等，2000]，使BHE承擔(dān)一個(gè)已設(shè)定好的熱負(fù)荷，然后測(cè)出在循環(huán)中最終的溫度變化（圖．3）。由于通過這項(xiàng)技術(shù)確定的埋管尺寸是以可靠的地下數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，因此從1999年年中起，在歐洲中部的大容量BHE設(shè)計(jì)中也開始采用了該項(xiàng)技術(shù)。熱響映測(cè)試早在1995年就在瑞典和美國(guó)得到了率先發(fā)展[Eklof和Gehlin，1996；Austin，1998]；目前，已經(jīng)在包括土耳其在內(nèi)的許多國(guó)家得到了應(yīng)用。在使用了可靠的設(shè)計(jì)軟件之后[Hellstrom和Sanner，1994；Hellstrom等，1997]，即便是在大型的應(yīng)用中，BHE也能成為一種安全可靠的技術(shù)。國(guó)內(nèi)目前也在使用這項(xiàng)技術(shù)。熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)流程測(cè)試方法1穩(wěn)定熱流模擬試驗(yàn)也稱為“熱響應(yīng)測(cè)試”或“巖土熱物性測(cè)試”，采用電加熱器（或制冷機(jī)）提供穩(wěn)定熱量（或冷量），記錄地埋管換熱器的溫度響應(yīng)情況，并利用模型計(jì)算巖土體熱物性參數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)地埋管換熱器。2穩(wěn)定工況模擬試驗(yàn)也稱為“冷、熱響應(yīng)測(cè)試”，采用風(fēng)冷熱泵建立穩(wěn)定的地埋管換熱器運(yùn)行工況，可計(jì)算巖土體熱物性參數(shù)，并直觀獲得地埋管換熱器每延米換熱量，也用于計(jì)算地埋管換熱器的綜合傳熱系數(shù)。測(cè)試方法1優(yōu)點(diǎn)：1）測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2）相關(guān)理論研究成果多，理論依據(jù)充分；缺點(diǎn)：1）傳熱模型存在適用性問題，假設(shè)條件與實(shí)際地質(zhì)情況差距較大；2）需要多次模型計(jì)算，增加誤差累計(jì)；3）計(jì)算具有較強(qiáng)專業(yè)性，從業(yè)單位掌握程度參差不齊。測(cè)試方法2優(yōu)點(diǎn)：1）測(cè)試結(jié)果直觀；2）設(shè)計(jì)結(jié)果可校核；缺點(diǎn)：1）相關(guān)理論研究成果較少，忽略管井間熱干擾和非穩(wěn)態(tài)傳熱因素；2）測(cè)試設(shè)備復(fù)雜。熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)——規(guī)范要求

在GB50366-2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（2009年版）中，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的前期勘察測(cè)試工作做了補(bǔ)充規(guī)定。1）測(cè)試孔數(shù)量

3000~5000m2宜進(jìn)行測(cè)試，5000m2以上應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，10000m2以上測(cè)試孔數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)；2）測(cè)試時(shí)間測(cè)試孔安裝完成后48小時(shí)后進(jìn)行測(cè)試，若回天水泥砂漿則需10天后測(cè)試；測(cè)試持續(xù)時(shí)間不宜少于48小時(shí)；熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)——規(guī)范要求3）測(cè)試設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)條件儀器儀表應(yīng)具有有效期的校準(zhǔn)證書，且精度（測(cè)量誤差）滿足一定的要求。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)具有穩(wěn)定的電源，要求波動(dòng)不大于±5%；4）溫度要求地埋管換熱器出水溫度穩(wěn)定（不少于12小時(shí)內(nèi)，溫度波動(dòng)小于1℃）；加熱功率大小應(yīng)滿足地埋管換熱器出水溫度高于巖土初始平均溫度5℃；5）其他需獲取地層巖性；單位延米換熱量作為設(shè)計(jì)參考。熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)—數(shù)據(jù)整理

通過分析穩(wěn)定工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出單位長(zhǎng)度地埋管換熱器平均傳熱系數(shù)，在數(shù)值上，它等于單位長(zhǎng)度地埋管換熱器的換熱量與地埋管換熱器進(jìn)出水平均溫度和巖土的初始溫度的差值的比值，單位為W/m·K。

——單位長(zhǎng)度地埋管換熱器平均傳熱系數(shù)，W/（m·K）；

——特定工況下單位延米地埋管換熱器的換熱量，W/m；

——地埋管換熱器進(jìn)出水平均溫度，℃；

——巖土的初始溫度，℃；

目前國(guó)內(nèi)對(duì)地埋管換熱器換熱測(cè)試設(shè)備沒有統(tǒng)一的規(guī)定，名稱也各不相同，常見的有：⑴冷、熱響應(yīng)測(cè)試儀（北京華清榮昊）⑵土壤熱物性測(cè)試儀（建研院空調(diào)所）⑶巖土熱物性測(cè)試儀（山東建工）⑷熱響應(yīng)測(cè)試儀（天大、河北工大等）⑸淺層巖土體熱物理性能原位測(cè)試儀（吉大）⑹其它（北京地質(zhì)大學(xué)、同濟(jì)、北工大等）測(cè)試設(shè)備熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)-初溫測(cè)定在眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)之中，被認(rèn)為最容易測(cè)定也是最容易被忽略的就是巖土初始平均溫度。眾所周知，溫差是熱量傳遞的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于地源熱泵的地埋管換熱系統(tǒng)，地埋管換熱器的平均溫度與巖土平均溫度的溫差是熱量傳遞的驅(qū)動(dòng)力。因此，做好巖土初始平均溫度的測(cè)定工作對(duì)于地埋管換熱器的設(shè)計(jì)非常重要?！兑?guī)范》規(guī)定，巖體初始平均溫度的測(cè)試應(yīng)采用布置溫度傳感器的方法。測(cè)點(diǎn)的布置宜在地埋管換熱器埋設(shè)深度范圍內(nèi)，且間隔不宜大于10m；以各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的算術(shù)平均值作為巖土初始平均溫度。我公司根據(jù)開發(fā)的淺層地溫能熱（冷）響應(yīng)測(cè)試儀的特點(diǎn)，在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中總結(jié)出三種方法，分別是無功循環(huán)法、地埋管水溫平衡法和垂向布置溫度傳感器法。初溫——無功循環(huán)法無功循環(huán)法是在不向地埋管換熱器加載冷、熱量的情況下，使水在地埋管內(nèi)形成循環(huán)，在循環(huán)水的溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)循環(huán)水與巖土達(dá)到熱平衡，該溫度即為巖土初始平均溫度。在實(shí)際測(cè)試過程中，當(dāng)?shù)芈窆軗Q熱器的進(jìn)水溫度Tin和回水溫度Tout的溫差持續(xù)1小時(shí)不大于0.1℃時(shí)，即可認(rèn)為循環(huán)水溫度達(dá)到穩(wěn)定。初溫——地埋管水溫平衡法地埋管水溫平衡法是測(cè)試孔安裝完成后在PE管內(nèi)充滿水，足夠時(shí)間后，PE管內(nèi)的水與巖土體的溫度達(dá)到平衡，此時(shí)通過水泵循環(huán)將PE管內(nèi)的水泵出，同時(shí)監(jiān)測(cè)水溫的變化，分析巖土體的溫度的方法。與無功循環(huán)法相比，地埋管水溫平衡法測(cè)試時(shí)間短，不受初始條件限制，能夠測(cè)定不同深度地層的溫度。但從理論上PE管內(nèi)的水流至測(cè)溫點(diǎn)的過程中將會(huì)與巖土體發(fā)生熱交換，溫度會(huì)發(fā)生變化，因此測(cè)定的不同深度地層的溫度與實(shí)際該地層的溫度稍有偏差。初溫——布置溫度傳感器法垂向布置溫度傳感器法是沿地埋管換熱器深度方向不同的深度布置溫度傳感器，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)值，確定不同深度地層的溫度。與前兩種方法比較，該方法沒有水泵驅(qū)動(dòng)，因此沒有水泵功耗對(duì)地層溫度的影響，測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。垂向布置溫度傳感器法可采取兩種形式，一種是在PE管外布置溫度傳感器，另一種是在PE管內(nèi)布置溫度傳感器。初溫方法無功循環(huán)法地埋管水溫平衡法垂向布置溫度傳感器法實(shí)測(cè)平均溫度（℃）16.916.74916.729優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單可獲得不同深度地層溫度，測(cè)試時(shí)間短測(cè)量準(zhǔn)確，可獲得不同深度地層溫度缺點(diǎn)只能獲得平均溫度數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，須與地層建立熱平衡操作復(fù)雜，須與地層建立熱平衡穩(wěn)定熱流模擬試驗(yàn)線源模型穩(wěn)定工況模擬試驗(yàn)穩(wěn)定工況測(cè)試（夏季）曲線穩(wěn)定工況（夏季）連續(xù)+間歇運(yùn)行測(cè)試曲線穩(wěn)定工況測(cè)試（冬季）曲線穩(wěn)定熱流+穩(wěn)定工況（夏季）測(cè)試曲線溫度恢復(fù)夏季地層溫度恢復(fù)測(cè)試冬季地層溫度恢復(fù)測(cè)試新技術(shù)——地埋管換熱器研究巖土熱物性地層巖性地下水參數(shù)數(shù)值方法注：Fo傅里葉數(shù)是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算時(shí)確定導(dǎo)熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)。在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中，F(xiàn)o愈大，熱擾動(dòng)愈能深入地傳播到物體內(nèi)部，使物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度趨于均勻一致。并接近于周圍介質(zhì)溫度。新技術(shù)——地質(zhì)體建模一、建模對(duì)象主要包括：1.地層巖性電阻率測(cè)井等物探方法2.地下水參數(shù)抽水試驗(yàn)、水文物探方法、地下水流速流向儀二、建模軟件：

FeoFlow、GMS、Surfer、Gis等新技術(shù)——分層測(cè)試部分研究工作-BHE的研究

盡管現(xiàn)有的地源熱泵的COP最高值在4.5左右，但是他們運(yùn)行時(shí)的COP平均值卻不高。這個(gè)通常也被成為“周期性能因數(shù)”即SPF（SeasonalPerformanceFactor）的COP平均值，被定義為在機(jī)組運(yùn)行時(shí)的COP值的平均數(shù)，一般都在SPF=3.0~3.8的范圍內(nèi)。對(duì)于屬于地?zé)釤岜梅懂牭乃邢到y(tǒng)，或是任何一個(gè)有適宜建筑物使用的供暖系統(tǒng)，如果對(duì)其應(yīng)用較高品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，其SPF的值也能達(dá)到SPF=4.0的水平，但是如此一來，卻不能再?gòu)臒岜锰帿@得一般都能由此獲得的生活熱水了。部分研究工作-BHE的研究在使用BHE時(shí)，能否達(dá)到指定的能量產(chǎn)出量在于埋管長(zhǎng)度是否足夠，而埋管長(zhǎng)度則主要取決于土壤的特性，包括溫度、含水量、顆粒的形狀尺寸和傳熱系數(shù)。BHE的正確尺寸是而且總是設(shè)計(jì)中所關(guān)注的問題，另外與BHE鄰近并接觸的土壤的地質(zhì)特性也受到了特別的關(guān)注。而最關(guān)鍵之處在于建筑物的負(fù)荷，埋管間距，埋管填充材料和當(dāng)?shù)赝寥捞匦?。由于投入了很高的初投資費(fèi)用，如果埋管的尺寸過大的話，我們將會(huì)付出比常規(guī)的系統(tǒng)費(fèi)用更大的代價(jià)。近年來很重要的技術(shù)發(fā)展：

·能提高導(dǎo)熱系數(shù)的灌漿材料的應(yīng)用。增強(qiáng)導(dǎo)熱的灌漿材料在美國(guó)已有近10年的應(yīng)用。這種材料的應(yīng)用使得埋管熱阻有了明顯的降低（圖．4），而埋管熱阻則決定著溫度恒定的地下和BHE管里面的流體兩者之間的溫度損失。在圖．4的表格中給出了典型BHE的一些數(shù)據(jù)，通過對(duì)不同灌漿材料的BHE應(yīng)用熱反映測(cè)試，也能在現(xiàn)場(chǎng)證明其使用效果。提高導(dǎo)熱系數(shù)的灌漿材料的應(yīng)用土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究土壤有效導(dǎo)熱的一般表述含水率密度飽和度土溫t空隙比e探針測(cè)量試驗(yàn)原理

1.加熱器引線2.

熱電偶3.

陶瓷管4.

熱電偶引線5.

不銹鋼套管6.

環(huán)氧樹脂7.

不銹鋼管8.

石蠟填料9.

雙股加熱器繞線10.

焊接封頭式中，是單位長(zhǎng)度探針的熱容量。是單位長(zhǎng)度探針單位時(shí)間的發(fā)熱量。根據(jù)拉氏變換可得探針的過余溫度土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)研究Fig.1土Fig.2砂Fig.4土砂比2：1Fig.3土砂比1：2土壤有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形研究SectionPlaneofSoilSample1SectionPlaneofSoilSample2剖面固體顆粒分布分維

面積測(cè)量尺度——固體顆粒面積——無標(biāo)度空間土壤樣品1：10-6mm2～4mm2

土壤樣品2：10-3mm2～100mm2土壤剖面上固體顆粒分布自相似規(guī)律土壤樣品1自相似分布規(guī)律土壤樣品2自相似分布規(guī)律土壤樣品粒徑分布自相似規(guī)律土壤樣品1粒徑分布規(guī)律土壤樣品2粒徑分布規(guī)律土壤結(jié)構(gòu)的分形模型

土壤微結(jié)構(gòu)空間分布微結(jié)構(gòu)分形模型土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)的分形表述土壤樣品1土壤樣品2土壤樣品1土壤樣品2

土壤樣品有效導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)比較

樣品1

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分形計(jì)算數(shù)據(jù)

樣品2

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分形計(jì)算數(shù)據(jù)部分研究工作-

太陽能－地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)必要性我國(guó)北方地區(qū)，建筑物冬季熱負(fù)荷較大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以熱負(fù)荷為主。若完全采用地源熱泵來供暖的話，則地?zé)釗Q熱器和機(jī)組的初投資均比較高，連續(xù)運(yùn)行的效率也較低。而在夏季運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的容量就過大，造成浪費(fèi)。而且由于這些地區(qū)冬季從大地取熱多于夏季大地的蓄熱，長(zhǎng)期運(yùn)行將造成大地溫度降低，熱泵系統(tǒng)的cop值也比較低，系統(tǒng)將無法滿足設(shè)計(jì)要求，熱泵的節(jié)能效果就體現(xiàn)不出來。而采用太陽能作為輔助熱源，使熱泵系統(tǒng)可以按照夏季工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，由太陽能集熱器承擔(dān)一部分熱負(fù)荷，這將大大降低地源部分的初投資。即使在南方地區(qū)，對(duì)于常年有衛(wèi)生熱水需求的場(chǎng)所，利用太陽能和熱水機(jī)組+熱泵機(jī)組，也具有節(jié)能和減少初投資的潛力。太陽能作為輔助熱源的可行性我國(guó)擁有豐富的太陽能資源（見表一）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國(guó)陸地接收的太陽輻射總量，相當(dāng)于24000億t標(biāo)煤，全國(guó)總面積2／3地區(qū)年日照時(shí)間都超過2000h，特別是西北一些地區(qū)超過3000h，這就為在熱泵系統(tǒng)中利用太陽能提供了寶貴的資源。而且太陽能是取之不盡，用之不竭的一種綠色環(huán)保能源，不受任何人控制和壟斷，它的利用也比較靈活，規(guī)模可大可小。但是太陽能也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是能流密度低；二是其強(qiáng)度受各種因素(季節(jié)、地點(diǎn)、氣候等)的影響不能維持常量。這兩大缺點(diǎn)大大限制了太陽能的有效利用。然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)太陽能的利用技術(shù)將不斷成熟，從而逐漸使太陽能合理的應(yīng)用于建筑物的供熱供冷系統(tǒng)中，改善人類的居住環(huán)境，代替目前的一次石化能源而成為本世紀(jì)的重要能源之一。太陽能系統(tǒng)的結(jié)合原則太陽能系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供熱的原則是：在經(jīng)濟(jì)許可的前提下最大限度地利用太陽能。太陽能是完全免費(fèi)的，在利用過程中，僅消耗水泵能耗，運(yùn)行費(fèi)用最低，所以在經(jīng)濟(jì)許可的情況下，盡可能增大太陽集熱器的面積，以提高太陽能的利用率，以地源熱泵系統(tǒng)為主，太陽能系統(tǒng)為輔助熱源，但在運(yùn)行控制上要優(yōu)先采用太陽能，并加以充分利用。太陽能+地源熱泵太陽能+水源熱泵案例跨季節(jié)蓄熱太陽能集中供熱系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CSHPSS）主要是通過一定的存儲(chǔ)媒介，如熱水型蓄熱、礫石-水蓄熱、埋管土壤蓄熱和蓄水層蓄熱等，進(jìn)行太陽能量存儲(chǔ)，以補(bǔ)償太陽輻射與熱量需求的季節(jié)性變化，從而達(dá)到更高效利用太陽能的目的[1~2]。在歐洲，CSHPSS系統(tǒng)中太陽能占總熱需求量的比例已達(dá)到40~60%，CSHPSS系統(tǒng)已成為國(guó)際上比較流行、極具發(fā)展?jié)摿εc大規(guī)模利用太陽能的首選系統(tǒng)之一，并相繼建造了一些示范工程。示范工程

總建筑面積5666m2，共3層。包含有辦公室、圖書室、會(huì)議室等常規(guī)空調(diào)區(qū)域，和籃球館、乒乓球室、重量訓(xùn)練區(qū)等休閑區(qū)域，還有游泳池、洗浴等常年需要熱水供應(yīng)的娛樂區(qū)域。建筑物冬