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地源热泵在绿色建筑中的运行与维护的意义

来源:祝融环境暖通 作者:祝融环境暖通 更新于:2021-3-18 阅读:

随着人类的文明、社会的进步、科技的发展以及对住房的需求,房屋建设正在如火如荼的建设当中,而以牺牲环境、生态和可持续发展为代价的传统建筑和房地产业已经走到了尽头。发展绿色建筑的过程本质上是一个生态文明建设和学习实践科学发展观的过程。其目的和作用在于实现与促进人、建筑和自然三者之间高度的和谐统一;经济效益、社会效益和环境效益三者之间充分的协调一致;国民经济、人类社会和生态环境又好又快地可持续发展。作为绿色建筑的重要组成部分,地源热泵系统的应用也越来越广泛,而其运行情况的好坏已经重要影响着整个建筑的节能情况。

地源热泵系统目前存在的问题

全国已经有多个数十万平米的土壤源热泵项目开始运行。这些密集型垂直埋管的方式虽然能较好的适应中国地少人多的国情,但是也带来了技术上的隐患:土壤换热器布置范围内的土壤能否持续保持热平衡,已经引起了各方面对此技术长期运行效果越来越多的担心。

土壤源热泵依靠土壤换热器(ground heat exchanger)从地下土壤中提取温差能,虽然热泵机组的热源和热汇都是扩散半径范围内的土壤温差,但由于建筑物冬夏空调负荷以及运行的时间不一致,导致在空调运行期间土壤换热器系统夏季累计向土壤的放热与冬季从土壤的取热量一般并不一致,这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力,造成其温度不断偏离其初始温度,并导致土壤换热器系统内循环水的温度随之变化以及系统运行效率逐年下降。

土壤源热泵周期运行后土壤温度出现上升和下降是土壤热量收支失衡的两种后果,都对系统持续稳定运行不利。如果土壤源热泵系统承担全部空调负荷,大多数情况下其全年从土壤的取放热量是不平衡的,在我国的长三角地区(即夏热冬冷地区,夏季累积冷负荷比冬季累积热负荷大的多),如图1,表现为散热量多余取热量,这主要是由于供冷季、供暖季持续时间和负荷强度有明显差异,而且夏季土壤还要承担制冷机组和水泵等设备散热造成的,因此势必造成埋管区域,在系统长年运行之后造成“热堆积”现象。

长三角地区,建筑物夏季供冷的时间要比冬天供暖的时间长约1个月,供冷负荷的绝对值也要比热负荷的绝对值高出近1倍,越在供冷为主的地区这种差异越大。这样系统运行多年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升,严重时可以造成夏季高峰负荷期土壤换热器内循环冷却水温达40℃以上,引起热泵机组的制冷效率严重降低。

夏季冷却水供回水水温、热泵机组效率COP的变化情况[3]。可见,投入运行后,一天内系统的冷却水出水温升高达6℃,即冷却水出口水温由37℃达到43℃,这将使得热泵机组的效率急剧下降,COP值从3.66下降到3.14,下降福大高达 13.9%。可见,如果多余的热量无法得到有效排放,地源热泵系统长期运行,热堆积现象将越来越严重,违背了采用地源热泵系统节能的初衷,甚至将导致热泵机组无法正常运转。

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