對于冬季吸熱量大于夏季排熱量的北方寒冷地區(qū),最常用的方法是采用帶有太陽能集熱器輔助加熱的太陽能—地源熱泵系統(tǒng)。對于夏季排熱量大于冬季吸熱量的南方地區(qū),最常用的方法是采用帶有冷卻塔的輔助散熱系統(tǒng)。上述兩種熱泵系統(tǒng)在一定的氣候地區(qū),與單獨(dú)的GSHP相比,一般具有節(jié)省投資和降低運(yùn)行費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。
如今隨著煤改電的深入,北方地區(qū)大都選擇使用地源熱泵來進(jìn)行供暖,在使用地源熱泵的時(shí)候我們一定要注意一下幾點(diǎn):
1、地下土壤的熱平衡問題,由于北方地區(qū)使用地源熱泵時(shí)冬季的供熱量要大于夏季的制冷量,因此長時(shí)間的使用容易使得土壤中熱量的收放不平衡,因此會導(dǎo)致地下土壤的熱平衡出現(xiàn)問題,建議用戶選擇使用時(shí)可選擇一種合適的輔助方式來調(diào)節(jié)熱量的收放,如果不進(jìn)行處理,長時(shí)間的使用會讓地源熱泵的換熱效果下降。
2、北方使用地源熱泵時(shí)還要注意,由于冬季低溫低,所以地下埋管的進(jìn)水溫度不高于零度,這種情況下就會使用防凍液,而防凍液一般應(yīng)使用安全、無毒、無腐蝕性、導(dǎo)熱性好、成本低、壽命長的,以確保冬季的正常使用。
3、埋管內(nèi)工作流體
在南方地區(qū),由于地溫高,冬季地下埋管進(jìn)水溫度在0℃以上,因此多采用水作為工作流體;北方地區(qū),冬季地溫低,地下埋管進(jìn)水溫度一般均低于0℃,一般均使用防凍液。防凍液一般應(yīng)具有使用安全、無毒、無腐蝕性、導(dǎo)熱性好、成本低、壽命長等特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的有:
①鹽類溶液有氯化鈣和氧化鈉水溶液;②乙二醇水溶液;③酒精水溶液等。
經(jīng)對水(+ 5℃),20%CaCl水溶液(-5℃)和20%乙二醇水溶液(-5℃)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如下。
3.1 最小管內(nèi)流速(流量)
按文獻(xiàn)臨界雷諾數(shù)Rek=2000,Re>2000為紊流,Re<2000為層流。由 和="">
3.2 不同流體管內(nèi)換熱系數(shù) (W/m2·K)計(jì)算
采用文獻(xiàn)[4]計(jì)算公式,其計(jì)算結(jié)果為在相同流速、相同管徑下,水的換熱系數(shù)最大。其大小排序?yàn)樗瑿aCl水溶液-乙二醇水溶液,其比值與管徑和流速有關(guān),在常用管徑及流速范圍內(nèi),大小比值為1:0.47~0.62:0.41~0.56。
3.3 管路沿程阻力hf/(kPa/100m)計(jì)算
由于地下埋管換熱器內(nèi)流動一般均在紊流或紊流光滑(過渡)區(qū)內(nèi),即2100<><>
在北方寒冷地區(qū),冬季進(jìn)入地下埋管換熱器的液體溫度一般均在0℃以下,換熱器周圍含濕量的土壤可能凍結(jié)。根據(jù)定性分析,水份凍結(jié)時(shí),有大量的潛熱被釋放出來,因此在吸收同等數(shù)量的熱量情況下,土壤降低的溫度幅度小,水份越多,釋放的潛熱越多,溫度降低幅度越小,在鄰近換熱器埋管的土壤溫度越高。如果設(shè)計(jì)中不考慮土壤中水份凍結(jié)的影響,計(jì)算出的地下埋管周圍的溫度場偏低與實(shí)際情況偏差較大,水份越多,差別越大,因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮水份凍結(jié)的影響。但目前有關(guān)巖土凍結(jié)和其計(jì)算方法方面的研究文獻(xiàn)不多,但可以肯定土壤凍結(jié)對地下埋管換熱是有利的。有的文獻(xiàn)提出在長期連續(xù)運(yùn)行時(shí),如不考慮凍結(jié)的影響,換熱器尺寸要比實(shí)際偏大31%。有的采用簡化方法,把埋管與周圍土壤換熱過程按未結(jié)凍和凍結(jié)兩種模型計(jì)算,凍結(jié)時(shí)按凍結(jié)區(qū)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度及末凍結(jié)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度分別建立盤管內(nèi)流體能量方程、盤管壁的能量方程、土壤凍結(jié)時(shí)的能量方程、土壤末凍結(jié)時(shí)的能量方程,最后采用有限差分法求解方程,得到凍結(jié)時(shí)和末凍結(jié)時(shí)的土壤溫度場分布情況??紤]凍結(jié)時(shí)的土壤溫度均高于未考慮凍結(jié)時(shí)的溫度,而且含水量越高,溫度差別越大。
用戶在選擇時(shí)要注意以上兩點(diǎn),以確保更好的使用地源熱泵機(jī)組,讓機(jī)組在運(yùn)行時(shí)發(fā)揮最大的效果。
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