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      基于地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的有關(guān)問題思考

      2015-12-03 03:35:58吳建華
      中國科技縱橫 2015年5期
      關(guān)鍵詞:源熱泵系統(tǒng)發(fā)展

      吳建華

      (山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司,山東濟南 250014)

      基于地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的有關(guān)問題思考

      吳建華

      (山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司,山東濟南 250014)

      地源熱泵系統(tǒng)主要是通過應(yīng)用淺層地能進(jìn)制冷和供熱的新型能源利用技術(shù),地源熱泵根據(jù)逆卡若循環(huán)的原理將地下土壤熱量和冷量轉(zhuǎn)移到需要的地方,用作空調(diào)制熱和制冷的設(shè)備。本文主要對地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展中所存在的相關(guān)問題進(jìn)行分析和思考,并提出相應(yīng)的解決措施。

      地源熱泵系統(tǒng) 發(fā)展現(xiàn)狀 問題思考

      地源熱泵系統(tǒng)的開發(fā)和利用所涉及的知識和技術(shù)非常復(fù)雜,其主要是換熱器埋在淺層地下,通過水在封閉的環(huán)路換熱管道中循環(huán)流動,進(jìn)而與淺層土壤進(jìn)行冷熱交換。在夏季溫度較高的時候,可以通過地源熱泵系統(tǒng)將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下,對房間進(jìn)行制冷降溫。同時把轉(zhuǎn)移的熱量儲存起來,以備冬季使用。而在冬季氣溫較穩(wěn)寒冷的時候,同樣通過地源熱泵系統(tǒng)把熱量轉(zhuǎn)移到室內(nèi),對房間進(jìn)行供暖,同時儲存冷量,以備夏季使用。大地土壤為地源熱泵系統(tǒng)提供了一個良好的能量儲存源泉,使得地源熱泵系統(tǒng)能夠在不同環(huán)境下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,如圖1所示地源熱泵系統(tǒng)循環(huán)。

      1 我國地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

      隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人們的生產(chǎn)和生活對能源資源的消耗也越來越嚴(yán)重,這對我國能源資源帶來很大的負(fù)擔(dān)。而且我國北方冬季采暖主要是以煤炭燃燒為主,這也會當(dāng)?shù)氐目諝猸h(huán)境帶來很大的污染。我國對于地源熱泵的研究相對較晚,最早始于上個世紀(jì)八十年代,但是發(fā)展的步伐非常迅速。當(dāng)今地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)已成為我國建筑節(jié)能以及暖通空調(diào)發(fā)展的重要研究課題,并積極應(yīng)用于建筑工程的實踐當(dāng)中,大量的地源熱泵設(shè)備制造和設(shè)計以及施工企業(yè)不斷涌現(xiàn)。

      在工程應(yīng)用方面,地下水地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)量和范圍最為廣泛,其主要采用“單井抽灌”和“異井抽灌”技術(shù),單項工程的建筑面積也越來越大。而土壤地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展速度最為迅速,有著非常大的應(yīng)用前景。目前,隨著地源熱泵系統(tǒng)的迅速發(fā)展,規(guī)劃和應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)的建筑面積也在逐漸擴大,其中應(yīng)用最為廣泛的地區(qū)主要集中在北方對暖氣需求較大的地區(qū)以及沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)的上海、廣州等城市,經(jīng)濟適用性較高。而在地源熱泵產(chǎn)品的生產(chǎn)上,生產(chǎn)廠家也在急劇增加,而且這些廠家也主要集中在北京、山東、上海以及大連等地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣的城市和地區(qū)。地源熱泵系統(tǒng)是一個新興的科學(xué)技術(shù),受到社會企業(yè)的廣泛關(guān)注,發(fā)展?jié)摿Ψ浅>薮蟆?/p>

      2 地源熱泵系統(tǒng)在發(fā)展中所存在的問題

      圖1 地源熱泵系統(tǒng)循環(huán)圖

      2.1 政府支持與資金投入的力度不夠

      地源熱泵系統(tǒng)主要是利用淺層地能進(jìn)行進(jìn)制冷和供熱的新型能源利用技術(shù),具有高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠、無環(huán)境污染以及節(jié)省建筑空間等優(yōu)點。然而,在地源熱泵系統(tǒng)的實際發(fā)展和應(yīng)用過程中,由于房地產(chǎn)開發(fā)應(yīng)用的投資過高,許多開發(fā)商很少會愿意采用地源熱泵系統(tǒng)技術(shù),國家政府對地源熱泵系統(tǒng)的支持力度上以及資金投入上,還稍顯薄弱,鼓勵和補貼地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展政策也相對較為缺乏。

      2.2 地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)研究相對較淺

      地源熱泵系統(tǒng)作為一種全新的科學(xué)技術(shù),在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、系統(tǒng)圖集以及宣傳材料等方面還存在一定的缺陷。而且許多科研上的技術(shù)難題還沒有得到有效地解決。例如海水源地源熱泵系統(tǒng)的海水取水口的設(shè)置;地下水地源熱泵系統(tǒng)的地下管井的設(shè)計與施工;土壤源地源熱泵系統(tǒng)的地下溫度場的計算方法不統(tǒng)一等[1]。而對于已經(jīng)完成的地源熱泵系統(tǒng)工程,對其能效性能的評估,還缺乏一個標(biāo)準(zhǔn)的體系,這也會嚴(yán)重影響地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。

      2.3 地源熱泵系統(tǒng)的實際應(yīng)用存在缺陷

      地源熱泵系統(tǒng)的開發(fā)和利用是一項較為復(fù)雜的工程,它不僅涉及到地質(zhì)學(xué)、建筑工程、熱傳播、流體力學(xué)等方面的知識,它還包含著計算機與自動控制等方面的技術(shù)。在實際的地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過程中,必須要對土壤的特性進(jìn)行檢測、勘察底層的巖石性質(zhì)、優(yōu)化設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)以及在工程中工作中,要做到嚴(yán)格與規(guī)范。這樣才能是地源熱泵系統(tǒng)達(dá)到高效節(jié)能、整體優(yōu)化的效果。然而,在實際的地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過程中,部分建設(shè)企業(yè)為降低工程投資成本,并沒有對淺層地?zé)崮芎偷叵聯(lián)Q熱性能進(jìn)行檢測,許多數(shù)據(jù)都是憑借的經(jīng)驗進(jìn)行估算,有的企業(yè)甚至完全照搬周邊建筑工程的設(shè)計參數(shù),這會對地源熱泵系統(tǒng)的正常運行效果造成很大的影響。其次在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計和論證的過程中,并沒有對建筑的冷熱負(fù)荷進(jìn)行仔細(xì)的運算,建筑物的冷熱負(fù)荷是不斷變化的。因此,在系統(tǒng)管道埋放時,要科學(xué)確定換熱器的長度。而在設(shè)計方案確定后,缺少對熱泵系統(tǒng)的長期性能進(jìn)行分析和預(yù)測,忽略了建筑物冷熱負(fù)荷在埋管周圍的冷熱堆積效應(yīng),這也會對地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性能造成很大的影響,有的甚至?xí)绊懙卦礋岜孟到y(tǒng)的運行。最后,在地源熱泵給施工過程中,相關(guān)的施工建設(shè)單位并沒有制定科學(xué)的地下埋管的施工和驗收標(biāo)準(zhǔn),施工人員的技術(shù)和水平存在一定的缺陷,造成埋管準(zhǔn)經(jīng)

      的孔徑和深度無法得到有效保證;下放埋管散熱器時沒有安裝隔離支架,造成“熱短路”現(xiàn)象,最終影響換熱器的換熱效果。

      3 促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的主要對策

      3.1 國家加大對地源熱泵系統(tǒng)的投入,支持地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展和使用

      地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展和投入使用過國家的政策支持有著很大的關(guān)系。在國外,許多國家都設(shè)立了相應(yīng)的管理機構(gòu),對地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)制定相關(guān)的政策支持,并設(shè)立相應(yīng)基金基于支持。例如,在歐洲,許多國家對電能以及其他能源的間隔關(guān)系進(jìn)行調(diào)整,以促進(jìn)地源熱泵技術(shù)的發(fā)展[2]。在德國,政府并沒有制定相應(yīng)的推廣地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的政策,但是,國家通過對應(yīng)用綠色能源和HCFC制冷劑進(jìn)行補貼[3]。而且德國也有相關(guān)的地源熱泵系統(tǒng)的推廣協(xié)會,對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行推廣與質(zhì)量監(jiān)督。因此,我國也要積極建立相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)管理機構(gòu),對地源熱泵的質(zhì)量以及工程的實施進(jìn)行監(jiān)督與管理,規(guī)范地源熱泵市場,綜合生態(tài)環(huán)保、社會能源等各個方面,制定相應(yīng)的法律法規(guī),促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)的良好發(fā)展。

      3.2 通過引進(jìn)和自主研發(fā),提高我國地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)

      在地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)研究方面,由于我國科技水平以及相關(guān)的地源熱泵技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。因此,企業(yè)可以通過積極引進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗,并積極加以吸收,提高自身的技術(shù)能力。與此同時,相關(guān)的研發(fā)人員也要通過不斷的學(xué)習(xí)和鉆研,掌握先進(jìn)的地源熱泵技術(shù),在地源熱泵系統(tǒng)施工中,加強對建筑物的動態(tài)負(fù)荷進(jìn)行模擬與分析實驗,掌握建筑工程下的土壤熱物理特性,并對土壤的換熱特性進(jìn)行測試和分析。此外,還需要對換熱管道的管群結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,對換熱管道的長期運行性能進(jìn)行模擬,以保障地源熱泵系統(tǒng)長期運行的正常與穩(wěn)定。

      3.3 加強對操作人員的技術(shù)培訓(xùn),保證地源熱泵系統(tǒng)的正常運行

      在地源熱泵系統(tǒng)的埋管施工過程中,操作人員的素質(zhì)能力對地源熱泵系統(tǒng)的運行也會造成很大的影響。因此,可以通過加強對操作人員的培訓(xùn),使操作人員能夠在操作過程中嚴(yán)格按照相關(guān)的操作規(guī)定執(zhí)行,了解地埋管和源熱泵系統(tǒng)的工作原理,從而在冷熱負(fù)荷高峰期能夠懂得技術(shù)開啟調(diào)峰設(shè)施,保證地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡功能正常。

      4 結(jié)語

      地源熱泵系統(tǒng)主要是一種對可再生資源的進(jìn)行運用技術(shù),能夠有效節(jié)約社會常規(guī)能源,保護(hù)社會生態(tài)環(huán)境。在地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的過程中,還存在一定的問題,因此國家和企業(yè)要積極采取相應(yīng)的措施,通過政府的大力支持,以及企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員的不斷開發(fā)和研究,促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。

      [1]陳昌富,吳曉寒,王陳棟.地埋管地源熱泵系統(tǒng)及存在問題分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012(23):121-123.

      [2]馬宏權(quán),龍惟定.地埋管地源熱泵系統(tǒng)的熱平衡[J].暖通空調(diào),2012 (01):48-49.

      [3]劉希臣,肖益民,付祥釗.不同形式地埋管換熱器換熱性能數(shù)值計算分析[J].煤氣與熱力,2013(2):147-149.

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