转移热量的不平衡,进而使地热换热器的效率降低。因此,地源热泵空调系统宜用于冬天采暖夏天空调的建筑。 四、地源热泵空调技术研究开发的主要成果
地热换热器设计是否合理决定着地源热泵系统的经济性和运行的可靠性。地热换热器所需埋管的总长度需要根据埋管的形式、地下岩土的热物性、地下的温度和冷热负荷的情况作详细的计算才能确定。设臵地热换热器的费用,其中主要是钻孔的费用,构成地源热泵系统初投资的1/4~1/3,因此正确设计地热换热器埋管的长度对于保证系统的性能和经济性十分重要。由于影响因素很多、数学模型复杂,建议采用地热换热器设计计算软件进行设计计算,可以避免盲目估算带来的失误。其中地下岩土的热物性对传热能力的影响很大,建议采用现场实测的方法确定地下岩土的热物性。
山东建筑大学地源热泵研究所及山东亚特尔集团取得的成果包括地热换热器传热分析、技术开发和工程应用三部分。主要成果“地热综合利用关键技术”获2004年山东省科技进步二等奖,并被列入“建设部节能省地型建筑推广应用技术”。主要创新点和研究成果包括:
1.在国际上首次求得地热换热器中传热过程三个重要问题的解析解:求得了半无限大介质中有限长线热源非稳态导热的解析解;提出了钻孔内传热的准三维模型,对单U型管和双U型管换热器中流体温度分布和相应的热阻求得了解析解;有地下水均匀渗流时线热源引
起的非稳态温度场的解析解。这些成果突破了传热学经典专著中相关问题的解析解的深度,是重要的理论创新。
2.开发了有自主知识产权的地热换热器设计和模拟软件“地热之星”,并已开始推广应用。该软件以可视化图形界面和对话框的形式面向用户,使用户使用起来简单明了。
3.进行了深层岩土热物性测试的理论研究,并开发了深层岩土热物性测试仪,已投入实际应用。现正在申请发明专利。
4,进行了适合于地源热泵系统应用的热泵主机的研究,开发了热泵主机与地热换热器联合工作的计算模拟软件。
5.结合我国国情开发了地源热泵系统的施工技术、工具和配件,取得“U型弯头”和“地热弹簧”两项专利。
6. 地源热泵技术的工程应用。研究所在进行理论研究和技术开发的同时,十分重视工程实际应用。首先利用研究成果在我校学术报告厅中进行了地源热泵空调工程示范。该工程于2001年5月投入运行,是我国第一个地埋管地源热泵空调系统的实际工程。随后又在省内外陆续进行了十多个地源热泵空调工程的设计与施工,并对其中的
山东建筑大学地源热泵工程外景 地热换热器设计模拟软件“地热之星”
一些项目正在进行长期的运行测试,以对理论研究成果进行必要的检验与验证,同时也为地源热泵技术的推广积累经验和基础数据。2005年投入运行的济南市西区建设指挥部办公楼工程采用了地埋管地源热泵系统,取得了良好的效果,在济南市起到了很好的示范作用。 五、地源空调经济技术及应用展望
冷、暖两用的地源热泵空调系统比传统的空调系统节能、清洁、使用长久是毋庸臵疑的。也应当指出:由于增加了钻孔费用,地源热泵空调的初投资将增加,同时,埋管也需要占用一些地下空间。地源热泵系统用一套设备实现了建筑物的供热与空调的两种要求,取消了锅炉房,消除了大气污染,提高了一次能源的利用率,减少了CO2的排放。供热时比直接电热方式节电60%以上;比燃油或燃气锅炉的运行费用也大大降低。增加的初投资一般可在3-5年内收回。
合理确定空调冷、热源是空调方案的主要组成部分。而空调冷、热源的选择常常受到当地现有冷、热源类型、燃料供应及建筑周边条件等具体情况的制约。合理确定空调冷、热源方案,需要设计单位、建设单位及政府有关部门等各方面的努力和协作。同时,每种空调冷、热源都有其应用条件和适用范围,应因工程制宜,因地制宜,通过经济技术分析比较,合理选用。但鼓励发展太阳能、地热等可再生能源应用技术及空调制冷节能技术是我国政府历来倡导的并已明文规定的政策。在条件允许的情况下,使用地源热泵空调,无疑是一种利国利民的选择。
在供热空调中应用热泵技术的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消费水平较低。随着改革开放以来我国经济的发展和人民生活水平的提高,以上两个制约因素已不复存在,空调和供热已成为普通百姓的需求,并逐渐向农村和南方扩展,市场前景很好。而地源热泵由于其技术上的优势和节能的优点,将成为中小型建筑空调冷热源合理可行的选择方案之一。用一席之地,得冷暖两机,将成为越来越多的建筑业主的共识。