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淺析：土壤源熱泵復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的應(yīng)用
作者:DENAIR??來源:德耐爾官網(wǎng)??時間:2017-05-09 13:53??點擊:次
土壤源熱泵是指通過輸入少量電能把巖土體中的低品位能量提取出來轉(zhuǎn)移到室內(nèi)供人類生產(chǎn)生活需要，它具有高效節(jié)能、效果穩(wěn)定、低碳環(huán)保、一機多用、維護費用低廉等特點。由于其具有這么多優(yōu)點，隨著世界范圍內(nèi)能源和環(huán)保問題出現(xiàn)，地源熱泵技術(shù)在世界各國都得到大力發(fā)展，在我國其更得到國家政策的支持推廣，越來越多的國人認識到地源熱泵系統(tǒng)的好處，全國范圍內(nèi)大量工程項目采用了地源熱泵形式。但單一的地源熱泵系統(tǒng)的一些缺點也逐漸顯露出來，制約著地源熱泵的推廣應(yīng)用。為了解決單一地源熱泵系統(tǒng)存在的缺點，土壤源熱泵復(fù)合冷熱源系統(tǒng)在工程中得到發(fā)展和運用。
1、地源熱泵存在的問題
●巖土體的得熱量和放熱量不平衡
在土壤源熱泵系統(tǒng)中，巖土體相當(dāng)于一個巨大的蓄熱體，冬季，地源熱泵系統(tǒng)將熱量從巖土體中提取出來用于建筑物供暖；夏季，地源熱泵系統(tǒng)將建筑物內(nèi)多余的熱量排到巖土體中用于建筑物制冷。如果每年排到巖土體中的熱量和從巖土體中提出的熱量的差值過大，超過巖土體的自我平衡能力，在運行一段時間后就會到時巖土體溫度變化，從而影響熱泵系統(tǒng)的運行效率，導(dǎo)致無法滿足建筑物需求或機組能耗增加，更終導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行。基于此種原因，在我國長江以南夏熱冬暖區(qū)域和東北等嚴(yán)寒區(qū)域，單一的土壤源熱泵系統(tǒng)無法長久有效的作為建筑物提供冷熱源。
●土壤源熱泵系統(tǒng)初投資過大
土壤源熱泵系統(tǒng)需要大量的鉆孔施工，對于巖土體結(jié)構(gòu)復(fù)雜地區(qū)或巖石層過硬地區(qū)，需要支付高昂的鉆孔施工費用，某些區(qū)域僅鉆孔施工一項費用就占到整個系統(tǒng)總造價的50%以上。這對建設(shè)單位造成巨大的資金壓力，很多建設(shè)單位對此望而卻步，改選其他方案。而且過大的施工費用也使系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性大打折扣。
●沒有足夠的地埋管換熱器安裝面積
采用土壤源熱泵系統(tǒng)，需要一定的地埋管換熱器安裝面積。而對于容積率比較高的商業(yè)綜合體以及在老城區(qū)的項目，由于寸土寸金，大多沒有足夠的地埋管安裝空壓機，以至于無法采用土壤源熱泵系統(tǒng)。
正是以上所述問題，嚴(yán)重限制了土壤源熱泵的發(fā)展，致使一些本計劃采用土壤源熱泵系統(tǒng)的項目無奈放棄另選其他方案。
2、土壤源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的應(yīng)用
為了解決單一土壤源熱泵系統(tǒng)的局限性，擴大土壤源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，土壤源熱泵復(fù)合系統(tǒng)逐漸得到應(yīng)用，以解決吸收/放熱量不均衡、初投資過大，無足夠地埋管換熱器安裝面積等問題。
●土壤源熱泵+燃氣鍋爐復(fù)合系統(tǒng)
在我國東北和西北地區(qū)，冬季地埋管累計吸熱量遠大于夏季地埋管累計放熱量，單一土壤源熱泵系統(tǒng)會導(dǎo)致土壤溫度逐年下降，在系統(tǒng)運行幾年后就會無法滿足冬季的供暖需求，更終導(dǎo)致系統(tǒng)失效。采用土壤源熱泵+燃氣鍋爐復(fù)合系統(tǒng)，夏季由地源熱泵供冷，冬季優(yōu)先采用土壤源熱泵供熱，在熱負荷更大時采用土壤源熱泵+燃氣鍋爐共同為建筑供熱，一方面保證全年從土壤中提出的熱量和排到土壤中的熱量均衡，維持土壤溫度恒定，保證熱泵機組的高效運行。另一方面，可以適當(dāng)降低熱泵承擔(dān)的熱負荷，減少地埋管數(shù)量，降低初投資。
●土壤源熱泵+冷水機組復(fù)合系統(tǒng)
在我國南方夏熱冬暖地區(qū)，建筑冷負荷和地埋管累計放熱量遠大于建筑熱負荷和地埋管累計吸熱量。采用單一土壤源熱泵系統(tǒng)，夏季需要龐大的地埋管換熱器滿足建筑冷負荷需求，冬季時大量的地埋管閑置，造成初投資太大，同事嚴(yán)重的冷熱不均衡也給系統(tǒng)運行買下很大隱患。采用土壤源熱泵+冷機組復(fù)合系統(tǒng)可以減少地埋管的安裝數(shù)量，減少初投資，消除冷熱不均衡問題，而且土壤源熱泵系統(tǒng)在夏季的供冷效果和效率都優(yōu)于冷水機組，復(fù)合系統(tǒng)有助于系統(tǒng)整體經(jīng)濟性的提高。
●土壤源熱泵+冷水機組+燃氣鍋爐復(fù)合系統(tǒng)
在地埋管換熱器安裝面積有限，建設(shè)方資金又緊張的情況下，可選擇采用土壤源熱泵+冷水機組+燃氣鍋爐復(fù)合系統(tǒng)。熱泵機組大部分時間都在設(shè)計負荷的80%一下運行，在90%以上運行的時間每年就十多天時間，但為了這十多天時間，就要求地埋管換熱器滿足全部設(shè)計負荷。若采用土壤源熱泵+冷水機組+燃氣鍋爐復(fù)合系統(tǒng)，地埋管換熱器大約只承擔(dān)原設(shè)計80%的負荷，其余的20%由冷水機組和鍋爐提供，與單一土壤源熱泵系統(tǒng)相比，既大大降低了項目初投資，有運行費用影響卻很小。
●土壤源熱泵+蓄冷蓄熱復(fù)合系統(tǒng)
對于商場、辦公寫字樓等只在白天有供冷供熱需求，晚上沒有供冷供熱需求的建筑，采用土壤源熱泵+蓄冷蓄熱復(fù)合系統(tǒng)，既可以減少熱泵機組的裝機容量和地埋管換熱器數(shù)量，減少地源熱泵部分的初投資。還可以利用峰谷電價政策，進一步降低運行費用。
●土壤源熱泵+太陽能復(fù)合系統(tǒng)
對于每年從土壤中提取熱量略大于土壤中排放熱量的項目，且在本項目中有熱水需求時，可采用土壤源熱泵+太陽能復(fù)合系統(tǒng)，在供暖季，太陽能作為土壤源熱泵輔助熱源給建筑物供暖并可考慮提供生活熱水，減少地源熱泵熱負荷，減少地埋管系統(tǒng)的冷熱不均衡。夏季，土壤源熱泵為建筑物供冷，太陽能系統(tǒng)提供生活熱水，在陰天，可采用帶熱回收功能的熱泵機組作為輔助熱源提供生活熱水。過度季節(jié)，根據(jù)實際運行情況，決定是否采用太陽能給土壤補充熱量，維持土壤溫度恒定。采用土壤源熱泵+太陽能復(fù)合系統(tǒng)可以更大限度的降低運行費用，并增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。
以上所提供的土壤源熱泵復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，都需要一套精準(zhǔn)的測量、自動控制系統(tǒng)和根據(jù)實際情況量身定做的軟件程序，才能達到事半功倍的更佳運行效果。
小德有話說：單一的土壤源熱泵系統(tǒng)，由于自身特點和地域氣候等原因，可能無法長期穩(wěn)定高效的運行，而根據(jù)項目實際情況，將土壤源熱泵和其他系統(tǒng)結(jié)合在一起，組成復(fù)合式冷熱源，就能克服單一土壤源熱泵系統(tǒng)的局限性，使其擺脫地域氣候等限制，更大限度的發(fā)揮高效環(huán)保的優(yōu)勢。