談地源熱泵系統(tǒng)特性及節(jié)能降耗運(yùn)行范文

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摘要：在當(dāng)前社會(huì)節(jié)能、環(huán)保形勢(shì)的潮流推動(dòng)下，隨著地源熱泵市場(chǎng)的不斷發(fā)展，地源熱泵系統(tǒng)因其高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來在我國(guó)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。針對(duì)地源熱泵的系統(tǒng)特性和運(yùn)行情況進(jìn)行反復(fù)研究，本文從多角度多方面客觀分析了影響地源熱泵系統(tǒng)能耗損失的主要因素，并從這些因素著手，深入探討了地源熱泵的設(shè)備特點(diǎn)以及如何提高系統(tǒng)效率、降低能量損耗和做好設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)等日常管理工作。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；系統(tǒng)特性；能耗損失；系統(tǒng)效率；運(yùn)行維護(hù)

引言

當(dāng)前，我國(guó)建筑能耗已經(jīng)占有全國(guó)總能耗的25%以上，國(guó)家倡導(dǎo)做好建筑節(jié)能工作就是要通過消耗較少的能源來促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，這些在我國(guó)目前的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中是一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。近幾年里，我國(guó)的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)逐年上升，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)的供熱系統(tǒng)相比較，是一種可再生的能源利用技術(shù)，具有高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠、無環(huán)境污染、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種既可以制冷又可以供暖的新型的空調(diào)系統(tǒng)。目前可再生能源代替常規(guī)能源也是大勢(shì)所趨，所以地源熱泵作為一個(gè)常用的綠色建筑技術(shù)，其發(fā)展的前景是非常可觀的。

1地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)越性

地源熱泵是利用淺層地能進(jìn)行供熱制冷的新型能源利用技術(shù)，它利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)。目前，地源熱泵機(jī)組普遍是一機(jī)多用的，它不僅能在冬季為居民供暖，夏季實(shí)現(xiàn)制冷，并且還能提供給居民全年的生活熱水。從機(jī)組的出水溫度來劃分，可以分為低溫?zé)岜煤透邷責(zé)岜茫瑹岜玫某鏊疁囟瓤捎芍评淝闆r下的7度到制熱情況下的98度，應(yīng)用范圍非常廣泛。同時(shí)，因?yàn)榈卦礋岜貌皇苁彝鈿鉁氐挠绊懀粡V泛應(yīng)用在公共建筑、民用建筑、工業(yè)生產(chǎn)和食品業(yè)的采暖制冷等領(lǐng)域。隨著地源熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，它的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，高效節(jié)能的熱泵設(shè)備市場(chǎng)需求量越來越大。

2地源熱泵的系統(tǒng)特性

對(duì)于地源熱泵來說，在冬季，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器的吸熱量是埋管內(nèi)流體與土壤熱量的總和；在夏季，熱泵機(jī)組的冷凝器的放熱量基本等于埋管內(nèi)部的流體與土壤之間的熱量交換，由此可以知道，地源熱泵的運(yùn)行特性跟地下埋管的傳熱特性是耦合的，地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行特征主要是由熱泵機(jī)組的冷凝器與蒸發(fā)器的壓力所決定的，地下埋管的系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)受到機(jī)組的出口水溫與循環(huán)介質(zhì)等因素的影響，因此地埋管系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性是影響系統(tǒng)能耗的主要因素。同時(shí)，地源系統(tǒng)是以消耗電能的方式，通過換熱器來實(shí)現(xiàn)冷量和熱量的轉(zhuǎn)移，在這個(gè)夏季從房間獲取的熱量釋放到淺層土壤中，冬季再將土壤中儲(chǔ)存的熱量提升到房間的大過程中，除了地埋管系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性外，換熱器的熱量傳遞、末端設(shè)備的損耗和日常操作不當(dāng)?shù)纫蛩囟紩?huì)造成系統(tǒng)能量的不必要損耗。

3適宜的土壤條件降耗

影響系統(tǒng)的性能和能量損耗的土壤條件非常多，例如：土壤的溫度、密度、濕度等。一般卵石性的土壤具有導(dǎo)熱性好的優(yōu)點(diǎn)，但是由于施工開挖難度較大、產(chǎn)生費(fèi)用較高，所有不宜采用。過于潮濕的土層會(huì)影響土壤的導(dǎo)熱性。這是因?yàn)闊岜脵C(jī)組在冬季運(yùn)行的時(shí)候，與蒸發(fā)器側(cè)連接的地埋盤管周圍的土壤層可能會(huì)出現(xiàn)降溫凍結(jié)的情況，使土壤層發(fā)生膨脹，導(dǎo)致管道與土壤的接觸密度和傳熱系數(shù)增大；若熱泵機(jī)組在冬季處于停機(jī)狀態(tài)，會(huì)使地埋盤管周圍的土壤凍土層發(fā)生融化，讓土壤發(fā)生位移，造成土壤與盤管之間存在空隙，使土壤的導(dǎo)熱系數(shù)大幅度下降。因此，使用沙土回填的方法是地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中最適宜的土壤條件，沙土回填能有效彌補(bǔ)潮濕土壤傳熱較慢的缺點(diǎn)，從而達(dá)到了土壤層與地埋管換熱效率好，傳熱速度快、能耗損失小的運(yùn)行效果。

4冷卻塔輔助降耗

在對(duì)地源熱泵的應(yīng)用與研究的期間，我們逐漸發(fā)現(xiàn)，地源熱泵使用的最佳區(qū)域的也就是冷熱負(fù)荷相當(dāng)?shù)慕ㄖ诘亍５牵捎谖覈?guó)的地域比較廣泛，地理環(huán)境與氣候條件差距也比較大，所以一旦出現(xiàn)應(yīng)用不當(dāng)?shù)那闆r，地源熱泵的優(yōu)勢(shì)就不能得到很好的發(fā)揮，可能還會(huì)適得其反，不能達(dá)到節(jié)能的目的，反而可能會(huì)耗能過多。由于我國(guó)南方的夏天非常悶熱，所以空調(diào)就是一個(gè)必不可少的納涼設(shè)施，但是在冬天南方地區(qū)又沒那么冷，這樣也就容易導(dǎo)致建筑物在夏季的冷負(fù)荷超過冬季的熱負(fù)荷，所以在南方地區(qū)使用地?zé)嵩幢玫脑挘腿菀鬃尩責(zé)嵯到y(tǒng)在夏天的時(shí)候向外排放的熱量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過冬天從土壤中取得的熱量，長(zhǎng)此以往，地埋管周圍的土壤溫度就會(huì)變得越來越高，導(dǎo)致機(jī)組的效率越來越低低，耗能越來越高。從經(jīng)濟(jì)效益的角度，如果冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷，在建筑內(nèi)還是采用單一的土壤源熱泵進(jìn)行制冷制熱的話，就需要加大地理埋管的配置，增加系統(tǒng)的出投資，影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以為了平衡地?zé)嵩幢茫诟鱾€(gè)地區(qū)的整體的運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該在夏熱冬冷的地區(qū)，采用冷卻塔來進(jìn)行輔助冷卻的方式來彌補(bǔ)地?zé)嵩幢迷诓煌貐^(qū)應(yīng)用上的缺陷。在夏季，采用冷卻塔對(duì)地源熱泵冷凝器進(jìn)行輔助降溫，使地源熱泵系統(tǒng)可以按照冬季運(yùn)行工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，既減少了地埋管的容量配置，又減少了初期的投資費(fèi)用；而且通過冷卻塔來減輕夏季向地埋管中釋放的熱量，有效降低了地埋側(cè)的溫度，不僅保證了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，而且還機(jī)組的COP數(shù)值，進(jìn)而提高了機(jī)組的運(yùn)行效率。

5換熱器保養(yǎng)降耗

地源熱泵機(jī)組在運(yùn)行過程中對(duì)換熱器的維護(hù)保養(yǎng)要求非常高，也是困擾我們多年的技術(shù)難題，解決好換熱效率的問題，在檢驗(yàn)設(shè)備能否正常達(dá)到節(jié)能降耗中起到關(guān)鍵的作用。以地埋管地源熱泵為例，地埋管式地源熱泵系統(tǒng)的冷凍水（和熱水）、冷卻水在循環(huán)使用過程中，設(shè)備換熱器側(cè)及冷卻塔填料上形成了一層污垢及微生物。污垢及微生物會(huì)加速機(jī)組的腐蝕影響換熱效率，并給地源熱泵系統(tǒng)機(jī)組的安全運(yùn)行帶來危害，而這些問題的存在，會(huì)直接影響地源熱泵系統(tǒng)的使用效果。為了提高系統(tǒng)的換熱效率，防止或減少對(duì)機(jī)組部件腐蝕，除去這些污垢及微生物，是提高系統(tǒng)換熱效率的關(guān)鍵。對(duì)于水質(zhì)不好的地區(qū)，需要每年定期對(duì)地源熱泵機(jī)組換熱系統(tǒng)、地藕側(cè)系統(tǒng)、空調(diào)側(cè)系統(tǒng)的管網(wǎng)先進(jìn)行排污沖洗再添加化學(xué)藥劑進(jìn)行清洗，兩種清洗方式相結(jié)合的全面清洗能夠達(dá)到除垢滅菌、提高換熱效率、增加制冷量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的效果。系統(tǒng)的清洗方法主要包括物理清洗和化學(xué)藥液清洗兩種，物理清洗針對(duì)污垢粘泥和水垢較輕的設(shè)備,化學(xué)清洗針對(duì)粘泥藻類附著嚴(yán)重，結(jié)垢嚴(yán)重的設(shè)備。化學(xué)清洗流程主要有機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下清洗和停機(jī)清洗兩種方式，機(jī)組運(yùn)行清洗主要是將清洗劑（粘泥剝離劑，預(yù)膜鈍化劑，除垢劑，消泡劑等）按照稀釋比例配比完成后，注入系統(tǒng)，利用系統(tǒng)循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)清洗，這種清洗方式優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組可以不停機(jī)，不影響機(jī)組運(yùn)行，需要專業(yè)人員時(shí)刻監(jiān)測(cè)清洗質(zhì)量防止過度清洗損壞設(shè)備配件等。停機(jī)清洗一般是針對(duì)換熱器的清洗，尤其是冷凝器和蒸發(fā)器，冷凝器的清洗過程：關(guān)閉冷卻水進(jìn)出口閥門→排氣口處添加除垢劑，粘泥剝離劑等一定比例的混合液浸泡2-5小時(shí)→拆開冷凝器前后端蓋→清理冷凝器端蓋、水室腔內(nèi)結(jié)垢和銹蝕→用管路清洗機(jī)清洗傳熱銅管管路→清洗完后用清水沖洗，直到達(dá)到銅管內(nèi)壁光潔無污垢的標(biāo)準(zhǔn)，然后蓋好端蓋。在對(duì)蒸發(fā)器清洗時(shí)一定區(qū)分好干式蒸發(fā)器，釬焊板式蒸發(fā)器還是滿液式蒸發(fā)器，三者結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別，干式和釬焊板式只能化學(xué)藥液清洗銅管外側(cè)附著的粘泥水垢藻類等，不可使用管路清洗機(jī)，滿液式則可以。清洗過程與冷凝器清洗類似，清洗中時(shí)刻檢查水質(zhì)和蒸發(fā)器的去垢去污情況，做好排污換水工作。清洗時(shí)應(yīng)當(dāng)打開蒸發(fā)器底部的排污閥門將雜質(zhì)污泥排出，必要時(shí)拆下排污球閥，以增大排污口。清洗后，將排污閥門開至最大，排出污水，排凈后再重新灌注清水。

6室內(nèi)末端設(shè)備降耗

末端設(shè)備的管理應(yīng)該注意改善材料的保溫與隔熱性，提高門窗的密閉的性能，以此來提高材料的光學(xué)特性與熱工性能，同時(shí)對(duì)門窗設(shè)備也要進(jìn)行相應(yīng)的改造，多利用雙層或者多層玻璃，加強(qiáng)內(nèi)外的遮陽的系統(tǒng)。另外，散熱器前的過濾網(wǎng)如果出現(xiàn)堵塞的情況，則會(huì)嚴(yán)重的影響室內(nèi)的熱交換的效果，造成系統(tǒng)資源與能耗出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，如果太多的灰塵堵住網(wǎng)孔，這讓氣流的阻力變大，也會(huì)影響熱交換的效果。同時(shí)，對(duì)于冬季長(zhǎng)期不用的房間，可將溫度設(shè)定為防凍狀態(tài)，通過變流量、變風(fēng)速度、防凍運(yùn)行模式的自動(dòng)控制，保障房間末端設(shè)備能耗最低，且達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

7控制管理系統(tǒng)降耗

地?zé)嵩幢孟到y(tǒng)在操作管理上的節(jié)能降耗也不容忽視。在地源熱泵系統(tǒng)中，空調(diào)泵與地源泵相關(guān)設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行的管理是非常重要的。熱泵機(jī)組應(yīng)該進(jìn)行節(jié)能的管理，減少熱泵機(jī)組工作的臺(tái)數(shù)，以此來提高熱泵機(jī)組使用的效率，同時(shí)還要根據(jù)環(huán)境的溫度，合理調(diào)整熱泵機(jī)組回水的設(shè)定溫度。可以根據(jù)室外溫度適當(dāng)調(diào)整機(jī)組的回水溫度，這樣就可以降低機(jī)器整體的耗能，避免出現(xiàn)頻繁啟動(dòng)主機(jī)的情況。在循環(huán)水泵運(yùn)行的時(shí)候，應(yīng)該嚴(yán)格的控制地源泵開啟的數(shù)量，保證其與機(jī)組需要用的流量與熱量指數(shù)相匹配，避免出現(xiàn)地埋管內(nèi)流速度太低，導(dǎo)致?lián)Q熱率下降的情況。另外，在空調(diào)循環(huán)泵的系統(tǒng)中可以采用變頻的方式，降低循環(huán)泵的耗電量。

8結(jié)束語

綜上所述，以往的能源供給的方式，已經(jīng)不再適合目前環(huán)境發(fā)展的需求了，相比較，地源熱泵的發(fā)展前景是非常不錯(cuò)的。但是，在地源熱泵的科學(xué)管理上，需要從各個(gè)方面做起，盡量充分發(fā)掘出熱泵系統(tǒng)的節(jié)能的特性，最大限度地發(fā)揮出地?zé)岜霉?jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，為熱泵系統(tǒng)整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性等提供有力的實(shí)踐證明。

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作者：徐偉 單位：神華包神鐵路集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)輸服務(wù)分公司