北方地區地源熱泵空調使用率在逐漸的增高,作為利用可再生能源的高效節能,環(huán)保型的系統,雖然優(yōu)勢眾多,但還是在冬季使用時(shí)還需要注意以下事項。
在寒冷地區由于其冬季供熱負荷大于夏季供冷負荷,造成熱泵從地下土壤的吸熱量大于夏季向土壤的排熱量,致使土壤溫度有可能逐漸降低,造成冬季使用時(shí)地源熱泵機組的蒸汽溫度降低,致使系統供熱量下降,耗功率上升,供熱系數降低。一般情況下,土壤溫度降低1℃,會(huì )使制取同樣熱量的能耗增加3—4%。同理,對于南方地區,由于夏季空調冷負荷大于冬季供暖負荷,可能造成地下土壤的溫度越來(lái)越高,造成機組的冷凝溫度提高,致使制冷量減少,耗功率上升。因此,維持地源熱泵地下埋管換熱器系統的吸、排熱平衡是地源熱泵系統正常、高效運行的可靠保證。
地熱平衡問(wèn)題是地源熱泵使用中常見(jiàn)的問(wèn)題,在寒冷地區,由于冬季的供熱量大于夏季的散熱量,這就造成了地下土壤中的吸熱量大于夏季向土壤中的拍熱量,導致土壤的溫度逐漸下降,造成冬季使用地源熱泵時(shí)蒸汽溫度降低,系統供熱量下降,能耗量上升,導致使用的電量增大,運行效果受影響。一般來(lái)講,水平埋管可以和地面進(jìn)行充分地熱交換,因此不存在地下土壤的熱平衡問(wèn)題,但是對于垂直埋管來(lái)講,因為埋放較深,所以易受地熱平衡問(wèn)題的影響,一般最常用的方法是采用帶有太陽(yáng)能集熱器輔助加熱的太陽(yáng)能地源熱泵系統,可從根源上解決這一問(wèn)題。
土壤的凍結對埋管換熱器傳熱的影響是地源熱泵冬季使用時(shí)應注意的另一因素,在零下攝氏度的條件下?lián)Q熱器的周?chē)寥揽赡軙?huì )發(fā)生凍結,水分凍結會(huì )放熱,導致大量潛熱被釋放出來(lái),所以應考慮到凍結時(shí)的土壤溫度要高于沒(méi)有凍結時(shí)的溫度,而且含水量越高溫度差越大。
在北方寒冷地區,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?chē)瑵窳康耐寥揽赡軆鼋Y。根據定性分析,水分凍結時(shí),有大量的潛熱被釋放出來(lái),因此在吸收同等數量的熱量情況下,土壤降低的溫度幅度小,水分越多,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。
如果設計中不考慮土壤中水分凍結的影響,計算出的地下埋管周?chē)臏囟葓?chǎng)偏低與實(shí)際情況偏差較大,水分越多,差別越大,因此設計中應考慮水分凍結的影響。但目前有關(guān)巖土凍結和其計算方法方面的研究文獻不多,但可以肯定土壤凍結對地下埋管換熱是有利的。有的文獻提出在長(cháng)期連續運行時(shí),如不考慮凍結的影響,換熱器尺寸要比實(shí)際偏大。有的采用簡(jiǎn)化方法,把埋管與周?chē)寥罁Q熱過(guò)程按未結凍和凍結兩種模型計算,凍結時(shí)按凍結區的當量導熱系數、比熱和密度及末凍結時(shí)的導熱系數、比熱和密度分別建立盤(pán)管內流體能量方程、盤(pán)管壁的能量方程、土壤凍結時(shí)的能量方程、土壤末凍結時(shí)的能量方程,最后采用有限差分法求解方程,得到凍結時(shí)和末凍結時(shí)的土壤溫度場(chǎng)分布情況??紤]凍結時(shí)的土壤溫度均高于未考慮凍結時(shí)的溫度,而且含水量越高,溫度差別越大。
在冬季使用地源熱泵空調時(shí)要考慮到地下土壤的熱平衡問(wèn)題和土壤凍結問(wèn)題,只有這樣才能保證地源熱泵后期使用的效果,不過(guò)也不用擔心,只要正確及時(shí)的進(jìn)行處理,地源熱泵還是會(huì )發(fā)揮出色的作用。