地熱是世人公認的環境友好型可再生能源,使用淺層地熱的地源熱泵技術發展最為迅速,我國鼓勵發展和推廣該項技術。本文簡要分析了地源熱泵原理,以及地源側管路的主要應用形式。
1、什么是地源熱泵
作為地熱能的應用方式之一,地源熱泵的概念最早出現在1912年瑞士的一份專利文獻中,在20世紀50年代就已在一些北歐國家的供熱中得到實際應用。
由于石油危機的影響,地源熱泵在70年代得到較大的發展。由于較深的地層在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度,遠高于冬季的室外溫度,又低于夏季的室外溫度。因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙,且效率大大提高。
此外,冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱,同時使大地中的溫度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用:夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地,對建筑物降溫,同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。
這樣在地源熱泵系統中,大地起到了蓄能器的作用,進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。
2.1垂直環路系統
垂直環路熱交換器安裝在垂直的鉆孔里。鉆孔內通常是兩根支管與一個U形管件相連接,形成式的環路。攜帶熱能的液體如水或者水和乙二醇能混合物在環路里循環。地埋管換熱器安裝之后進行鉆孔回填。一臺熱泵可以連接一個或者多個環路。垂直環路熱換熱器典型的安裝深度是100米,為了獲得更大的換熱量,也可以安裝得更深。
2.2水平環路系統
水平安裝的環路系統適用于容易開挖、可用面積足夠大的地區,典型的安裝深度是凍土層以下1米至3米。其換熱原理和垂直環路類似,管材所收集的熱能中,地熱只是扮演了次要的角色,氣倏條件對這類系統的影響較大。面積為150m"的房子,需要的地表面積可能為250m2-300m2。
垂直環路系統 ,如圖所示:
水平環路系統 ,如下圖所示:
大地也能用于儲存多余的能量,只不過是同樣的理論可以有不同的應用方法。國內也開始越來越多的研究地熱的補償,特別是在寒冷的北方地區,采暖季從土壤里獲取了很多的熱量,怎么確保土壤里冷熱量的平衡?利用工業余熱或者太陽能來實現主動的補償,這項技術要求管材能夠耐受較高溫度,通常是60℃-80℃或者更高,接近散熱器采暖的供回水溫度。
地源側的其他形式還有:地表水/地下水系統,樁基埋管(能量樁)方式。
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