地埋管傳熱過程和土壤熱平衡技術分析
原標題：地源熱泵技術在江陰地區(qū)的應用分析
來源：建筑節(jié)能
近年來，江陰地區(qū)經濟快速發(fā)展，各類公共建筑及住宅建筑如雨后春筍般拔地而起，建筑能耗數(shù)量巨大，而且每年還在高速增長，建筑用能已成為能源消耗的主力軍 之一。而江陰地區(qū)能源供應十分緊張，每到夏季用電高峰時，政府為了保障居民生活用電，不得不對有關企業(yè)進行限產限電，甚至要求企業(yè)停工。因此，地源熱泵系 統(tǒng)作為一種利用可再生能源技術，能夠節(jié)省大量的電能，在江陰地區(qū)得到越來越廣泛的應用。然而地源熱泵技術作為一種新技術、新系統(tǒng)，在我國應用的時間還不 長，還處于探索和積累經驗階段，在設計理論、施工技術、設備制造、運行管理等方面都還不夠成熟，或多或少存在一些問題。下面就該技術在江陰地區(qū)的應用情況 及熱平衡問題作一定的技術分析。
 
1江陰地區(qū)地源熱泵應用現(xiàn)狀
江陰淺層地熱能利用以地源熱泵為主，主要應用在民用建筑和高檔住宅小區(qū)中。5年前江陰僅有幾個項目采用該系統(tǒng)，從前年開始地源熱泵系統(tǒng)在江陰得到了大量的 應用，有大型商場，如江陰紅星美凱龍大型建材超市、江陰青陽醫(yī)院、江陰人民武裝部辦公大樓等，也有住宅小區(qū)，如和院住宅小區(qū)、蘇龍苑小區(qū)等。
根據(jù)江陰地質、水文情況，江陰地區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)以土壤源熱泵系統(tǒng)為主。地埋管換熱器孔井直徑150～180min，孔深90～100m，孔距一般為 4～5m，大多為垂直雙u管，少數(shù)采用單U管，5～8個孔井為一組，地埋管均為并聯(lián)連接。夏季地埋管每延米釋熱量為55~80W，冬季每延米吸熱量為 34~50W，地埋管進出水溫度夏季為30~35℃，冬季溫度為5～10℃。孔井回填材料多為原漿加水泥混合物，部分項目為膨潤土加水泥漿，其中膨潤土比 例為5%～8%。
 
2、地源熱泵地埋管傳熱過程和土壤熱平衡技術分析
一個地源熱泵工程是比較浩大的，是否能達到最佳的節(jié)能效果，需要認真研究與實施好每個步驟，下面我們帶大家來仔細看看這些關鍵性技術。
地下土壤是個多相介質，其中有土、砂、地下水和空氣等，地下水的含量和溫度對傳熱效果有著決定性的作用。其次，土壤的種類和組成比例以及地埋管四周的回填 材料的熱性能也會對傳熱過程和效果產生重要影響，地埋管所采用的材料、壁厚、管內水的流速也是影響傳熱的重要因素。另外地埋管之間土壤的溫度變化還受其周 圍地埋管溫度波在該處疊加的影響。空調負荷的變化以及熱泵機組的運行方式也會引起地埋管周圍的土壤溫度處在一個不斷變化的過程中，改變著土壤的溫度場。因 此，地埋管換熱器的實際傳熱過程是一個非常復雜的非穩(wěn)定的傳熱過程。
 
但由于大地本身具有很強的蓄熱能力，是一個地下蓄熱體，所以只要設計能保證每年空調系統(tǒng)從地下吸取與釋放的熱量基本相等，就可以保持全年的熱平衡。如果夏 季通過土壤源地埋管換熱器排入地下的熱量大于冬季從地下吸取的熱量，就會造成熱量在地下的堆積，長時間運行后會引起地下土壤溫度的上升，所能排放的熱量會 逐年減少，熱泵機組冷凝溫度就會升高，影響機組的COP值。相反，當冬季取熱量大于夏季排熱量時會造成地下土壤溫度的持續(xù)降低，所能吸取的熱量也會逐年減 少，機組的蒸發(fā)溫度就會降低，同樣影響機組的效率。上述兩種情況都屬于熱不平衡問題，都有可能引起熱泵機組運行工況的惡化，最終導致土壤源地源熱泵系統(tǒng)不 能正常運行。因此，地源熱泵系統(tǒng)中最為關鍵，同時也是最為核心的是地埋管換熱器的設計和施工。地埋管系統(tǒng)設計和施工的質量決定著整個地源熱泵系統(tǒng)的使用效 果乃至使用壽命。筆者調查了江陰地區(qū)多家地源熱泵用戶，發(fā)現(xiàn)很多用戶都不同程度地存在影響傳熱的因素和熱不平衡問題，這個問題如不解決，將縮短地源熱泵系 統(tǒng)的使用年限，影響該技術的推廣和應用。
 
3影響傳熱和導致熱不平衡的因素
3.1勘探因素
根據(jù)規(guī)范要求地埋管地源熱泵系統(tǒng)在方案設計前，應對工程所在地的地質情況進行勘察。勘察的項目主要有地下土體的結構和分布情況、土體溫度、土體的熱物理性 能、地下水水位、水溫和水質情況以及水流方向、水流速度等。但在實際工程中由于受建設方資金影響，往往布點數(shù)量、布點間距不能滿足要求，再加上該項勘察不 同于普通的地質勘察，勘探人員受設備和自身技術水平的限制，導致勘察結果不準確。有的項目沒有進行巖土熱響應測試或測試不夠準確，提供給設計人員的數(shù)據(jù)與 實際情況不相符。


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