浅谈地源热泵土壤热失衡现象及缓解方法

地源热泵是一种利用浅层地温能的既可供暖又可制冷的高效节能的空调系统,具有良好的发展前景。而目前,由于地源热泵系统在运行过程中会土壤热不平衡,已成为制约其高效、可持续运行的主要因素。因此,本文在对地源热泵技术及其优势进行全面综述的基础上,根据地源热泵系统对冷热负荷要求的不同,介绍了复合式地源热泵系统和地源热泵系统控制策略及运行策略,在保证地源热泵系统高效运行的基础上,缓解其在运行过程中土壤热不平衡的现象。

蓄能技术在土壤源热泵热失衡问题中的应用

分析了土壤源热泵系统在实际使用过程中常出现的热失衡问题,避开传统的辅助能源(冷却塔和锅炉等)的办法,提出了解决该问题的新技术思路——蓄能技术,实施能量蓄存,达到能量的补充和再利用的目的,减轻能量失衡带来的影响,降低了因辅助设备而增加的系统初投资和运行费用,为土壤源热泵系统更广泛地应用提供了有效途径。

严寒地区土壤源热泵系统热失衡问题及其技术进展

本文主要通过研究近几年来土壤源热泵系统的的发展状况及其自身特点,分析在严寒地区土壤源热泵系统可能出现热失衡问题的几种常见原因,总结出采取结合热泵和热管功能的补热机组、耦合空气源补热器的复合地源热泵系统以及新型埋管技术可以有效地解决土壤热失衡问题,有助于地源热泵系统在严寒地区的推广及应用。

冷热负荷非平衡地区土壤源热泵土壤热失衡研究现状及其关键问题

土壤热失衡是土壤源热泵在冷热负荷非平衡地区应用中出现的一种常见问题,是影响其长期高效稳定运行及正确推广与健康发展的关键。本文在阐述土壤热失衡概念、由来及其危害的基础上,详细分析了土壤热失衡问题的国内外研究现状,提出了其设计方案,并给出了土壤热失衡控制中有待解决的关键问题,可为土壤源热泵的相关研究及其实际应用提供参考。

地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

介绍了地埋管地源热泵系统的基本原理与特点,总结了地埋管系统出现热失衡的几种常见情况,分析了出现热失衡的原因,并针对常见的热失衡现象提出了具体的解决措施。

缓解地源热泵系统土壤热失衡问题技术现状

随着地源热泵系统的规模化应用,这种以地热为冷/热源的系统的冬夏季负荷不均所导致的土壤热失衡问题逐渐暴露出来,该问题限制了地源热泵系统的长期高效运行。缓解土壤热失衡可通过运行策略调节来平衡冬夏季负荷或增加辅助设备进行能量补偿等思路进行考虑,对现有的几种缓解土壤热失衡的技术如对管群进行分区运行,系统间歇运行,增加管间距,使用复合地源热泵系统,增加钻井深度等进行了简要的原理介绍,并对这几种技术的研究现状进行了综述。

热失衡的焦虑

入伏之后，有些地方水灾成患，有些地方则“桑拿”得烦人。本来地球气候就已经变暖，怎经得起这一阵阵地发烧。此谓，因为天热，你才焦虑。

地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

本文介绍了地埋管地源热泵系统的基本原理与特点，总结了地埋管系统出现热失衡的几种常见情况，分析了出现热失衡的原因。并针对常见的热失衡现象，提出了具体的解决措施。

热网回水补热的多热源供暖系统分析

为缓解市政热网压力、解决地源热泵土壤热失衡问题,设计了一套热网回水补热的太阳能-地源热泵复合供暖系统。对太阳能并联及串联地源热泵系统与该系统的土壤温度、蒸发器入口温度、太阳能热利用率、运行性能进行分析。结果表明:该系统土壤温度仅降低0.55℃,有效缓解了土壤热失衡问题;对比并联系统,蒸发器入口温度提高4℃,机组COP提升5%,太阳能全年热利用率提升24%;对比串联系统,功耗降低322 kW·h,制热量提高5025 kW·h,系统COP提高2%。热网回水补热系统地埋管数按照机组取热量的50%设计,更适用于地埋管钻孔面积受限的地区。当热网回水计量热价按照居民供热0.217元/kW·h收费时,相较于市政热网供暖方式,热网回水补热的多热源供暖系统的费用年值降低5500元。随着热网回水计量价格的降低,热网回水补热的多热源供暖系统的经济性将更具优势。

考虑土壤热量排取平衡的区域综合能源系统优化调度

针对地源热泵冬夏运行时长不均导致的土壤热失衡问题,提出考虑土壤排取热量平衡的区域综合能源系统优化调度方法。首先,根据地源热泵冬、夏季节运行特性,计算土壤年度排取热量不平衡率;其次,通过提高供冷季地源热泵使用时长以增加土壤排热量,确保地源热泵全年取排热量平衡;最后,构建了双层优化模型,上层模型以冬季系统运行成本最优,安排地源热泵出力,下层模型以系统夏季效益最优,考虑土壤取排热量平衡等约束优化地源热泵出力。仿真算例表明所提方法有效解决了土壤热失衡问题,系统能效得到提高。

混合式土壤源热泵系统的研究现状及展望

由于土壤源热泵系统单独长期运行存在土壤热失衡的问题,为此本文详细分析了土壤源热泵系统产生土壤热失衡的原因。并以此阐述了针对土壤热失衡问题而广泛采用的混合式土壤源热泵系统,并就其研究与发展现状进行了综述。介绍了混合式土壤源热泵系统的工作原理、运行模式、功能及系统优势。指出了目前该系统研究与应用中亟待解决的关键技术问题。最后对混合式土壤源热泵系统进行了建议和展望。

竖直U型地埋管群传热特性模拟

为了探究不同因素对竖直U型地埋管管群传热特性的影响,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,建立三维非稳态传热物理数学模型。在试验验证和单井的研究基础上,以1a为研究周期,分析了地埋管管群排列方式、热泵蓄取功率比以及土壤类型对竖直U型地埋管管群周围土壤温度场分布的影响。研究表明:钻井间距一定时,地埋管排列方式对地埋管管群周围土壤温度场分布的影响很小;在热泵运行时间一定时,土壤热扩散系数越大,钻井间土壤温度重叠区域越大;土壤导热系数越大,土壤温度波动幅度越小;蓄取功率比越小,土壤热失衡越严重;对于冬季热负荷较大的地区,可以适当地提高热泵蓄取功率比。所建模型得出的土壤温度值与试验值吻合度较好,其最大误差为14.2%。

地埋管群全年蓄热取热同步模式下岩土传热特性

结合内蒙古包头地区的地域特性,基于有限体积法,在实验验证的基础上,数值仿真研究了全年地埋管管群蓄热取热同步模式下的岩土传热特性,分析了蓄热取热同步过程中的蓄热地埋管流体温度、取热地埋管流体温度、岩土结构以及地埋管管群排列方式等因素对岩土温度场的影响规律。研究结果发现:地埋管群全年蓄热取热同步模式可使岩土温度得到快速恢复,进而可缓解岩土热失衡问题;取热流体温度不变的情况下,取热地埋管周围岩土温度随蓄热地埋管流体进口温度的增加而增加;岩土热扩散系数越大,取热地埋管与蓄热地埋管周围岩土温度分布越均匀越不易出现岩土热堆积现象;取热地埋管与蓄热地埋管叉排列时岩土温度分布较顺排列时均匀。

土壤排取热量不均衡地区地源热泵系统应用研究

对于土壤排取热量不均衡地区,地源热泵应用过程中常会出现土壤热失衡问题,该问题严重制衡了地源热泵系统在该地区长期高效稳定运行。针对此类地区土壤排取热量严重失衡的特点,同时基于土壤排取热量平衡的理念,提出太阳能对土壤进行全年补热的地源热泵—太阳能耦合系统,并通过一个典型工程案例对地源热泵—太阳能耦合系统的设计思路、技术方案、运行策略、经济性能等方面进行了分析与研究。结果表明,相比于常规能源系统,本项目地源热泵—太阳能耦合系统每年可节能308万kWh,节约运行费用47.64万元,节能率达72.13%,节能减排及环境、社会效益非常显著,以期为土壤排取热量不均衡地区地源热泵系统的相关研究及其工程应用提供参考。

地源热泵系统土壤温度变化的影响因素分析

对实际运行的地源热泵系统土壤温度进行了分析,获得了土壤温度受地源热泵的释/吸热不平衡、释吸热量以及土壤过渡季自然恢复能力等因素的影响情况.研究结果表明,系统初期的运行模式对土壤温度具有重要的影响.试验系统在供热季末期吸热量为1 106 k W h以下时土壤温度可以自动回升,在供冷季末期释热量为1 350 k W h以下时,土壤温度也可以自动下降.在文中土壤条件下过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限,土壤温度的动态平衡主要依赖地埋管换热器的全年热平衡.根据空调系统的冷热负荷差异,在设计和运行时通过必要措施来避免地埋管换热器的热失衡,是地源热泵系统长期可靠运行的关键.

太阳能跨季节蓄热增强土壤源热泵供暖系统建模与仿真研究

针对土壤源热泵在寒冷地区农业温室供暖时存在的土壤热失衡问题,文章基于TRNSYS软件,结合实验数据,开展了太阳能跨季节蓄热增强土壤源热泵供暖系统(SSTES-GSHP)建模与仿真研究。所构建的仿真模型各项能量数据计算误差大部分在±2.5%以内,土壤平均温度误差小于0.09℃;10 a长周期预测结果表明,该系统可以有效维持系统井群区域土壤热平衡;基于廊坊地区玻璃温室典型热负荷和土壤源热泵系统能效,建立了维持地温平衡的集热器面积匹配设计准则A/S=0.158+0.021COPG。文章可为我国北方地区农业清洁供暖提供技术参考和理论支撑。

土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响分析

以土壤毛管水力特征曲线为基础,通过数值模拟手段,计算分析地下水位线变化对水平换热埋管换热特性、土体热失衡风险和热泵机组技术经济特性的影响规律,并提出“单位热影响面积换热量”这一新的评价指标,讨论土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响规律。研究结果表明:随着地下水位线埋深变浅,埋管水平土壤含水饱和度从12%增加到100%时,在制冷工况下,水平管延米换热量增加了30%,出口水温降低了23%,单位热影响面积换热量提高了47%;制热工况下,水平管延米换热量增加了24%,出口水温升高了25%,单位热影响面积换热量提高了39%。地下水位线埋深和土壤中含水饱和度对水平埋管换热器地下换热效率影响显著。同时,不同水力特征曲线的蓄能土体热失衡风险具有差异性。

耦合强制对流井式土壤源热泵系统模拟研究

以耦合强制对流井式土壤源热泵系统为研究对象,以等效内热源理论为基础,建立了2U型埋管换热器及含水层热-质运移耦合模型。采用FEFLOW6.1计算软件,针对两类运行模式中粗粉砂含水层温度场分布规律及强制渗流过程对地埋管换热能力的影响开展了模拟研究;引入埋管换热器能效系数E,对地埋管能效特性进行量化分析。研究结果表明,含水层中的强制渗流过程可有效地缓解埋管井群区域土壤热失衡1现象,增加埋管进出口温差,提高单位管井换热能力。与单独使用埋管换热器工况相比,耦合强制对流井模式在第5年的排热、取热阶段,能效系数E分别提高了7.6%和4.8%。

地源热泵系统热平衡分析及其在大型公共建筑中的应用

热平衡是影响土壤源热泵系统持久稳定运行至关重要的因素之一。本文阐述了热失衡产生的原因、国内常见情况与解决办法,提出了在大型公共建筑中应用复合式冷却塔耦合地源热泵系统解决冷热不平衡问题。研究结果对解决类似工程项目的热平衡问题具有参考意义。

复合补热式土壤源热泵系统构建与运行特性研究

针对土壤源热泵系统因土壤热不平衡性问题导致其性能衰减的现象,构建了利用工业余热补热的复合补热式土壤源热泵系统,并且采用TRNSYS软件模拟分析了不同工况下循环液温度和土壤温度曲线,验证了该补热式系统能很好解决土壤热不平衡性问题。