蓄能技术在土壤源热泵热失衡问题中的应用

平衡… ， 这一特 点决 定 了该项 技 术 适 用 于冷 热 负 荷 相 当的地 区 。 如 果一 年 中 ， 季 向 大地 排 放 的热 量 等 于 冬 夏 季 从地 下取 出 的热量 ， 大地 收支 平衡 ， 则 长期 运行 土壤温 度也 不会 有大 的改变 。但 如果地 下换 热器
费低 及可靠 性高 等 优 点 ， 年 来 得 到 了迅 速 发 展 近
与广 泛应 用 。它虽 不 存 在 水 位 下 降 、 面 下 降 和 地 回灌 等 问题 ， 在 实 际应 用 过 程 中却会 引起 土 壤 但
温度 的变 化 ， 出现热失 衡 现象 ， 整 个系统 性 能降 使
低 。 笔 者 对 热 失 衡 问 题 进 行 全 面 分 析 ， 讨 新 的 探 解决方 案 。 １ 土 壤 源 热 泵 及 存 在 的 问 题 土 壤 源 热 泵 系 统 利 用 大 地 （ 表 之 下 ２ ｍ） 地 ０
象 是 深 层 土 壤 ， 深 层 土 壤 不 可 能 与 地 表 环 境 进 而
从 而减 小 了地 埋 管 换 热器 间 距 ， 得单 个 地 埋 管 使 换 热器 的扩散 半径 减小 ， 降低 了持 久运行 特性 ；
ｃ 热 泵 机 组 与 地 埋 管 换 热 器 组 群 设 置 不 匹 ．
数 量分 布 ， 而引 起持久 运行 特性 变差 ； 从
ｂ 由于 可 供 地 埋 换 热器 布 置 的 面 积 较 小 ， ．
充分 的热交换 ， 因此 ， 乎不 存在 地下 土壤 的热 平 几 衡 问题 ， 但是 占地 面积 较大 ， 使用 受 到 了限制 。竖 直 埋管 换热器 通 常埋深 在 ３ ０～ｌＯ 其 热交 换 对 Ｏ ｍ，
曹 孜 孜 ， ，９ ６年 ７月 生 ， 士 研 究 生 。江 苏 省 常 州 市 ，１ ０１ 女 １８ 硕 ２ ３ ６。
３４ ９ 配 ， 成局部 土壤 温升过 高 ； 造
化
工
机
械
２ １ 年 ０１
空 间实施能 量蓄 存 ， 到能 量补 充 和再 利 用 的 目 达
ｄ 复 合 式 系 统 管 理 运 行 不 当 ， 响 调 峰 设 ． 影
存 冷量 ， 以备 夏 用 。其 中 ， 埋 管 换 热 器 布 置 方 式 地 又 可 分 为 水 平 与 竖 直 的 两 种 。水 平 地 埋 管 换 热 器 通 常 埋 地 １～ ｍ ， 于 埋 深 较 浅 ， 以 和 地 面 进 行 ２ 由 可
１ ， 使制取 同样 冷量 的能耗增 加 ３ ℃ 会 ％
对 周 围 生 态 环 境 产 生 一 定 的 影 响 ， 就 是 所 谓 的 这
恒温这 一特性 ， 投入 少量 的高 品位 能 的基 础 上 ， 在
热 失衡 问题 。通 常情况 下 ， 壤温 度 上 升 （ 土 降低 ）
通过埋 地换 热器 与 大 地进 行 冷 热 交 换 ， 现 供 冷 实
土壤 源热泵 系统 是一 项跨 环境 、 水文地 质 、 工 程地质 、 探 、 质交 换 以及暖通 空 调等 多专业 的 钻 热 绿色 新 能源 技 术 ， 有环 保 节 能 、 具 安全 稳 定 、 行 运
行 充 分 的 热 交 换 ， 容 易 使 得 土 壤 出 现 取 、 热 不 就 放
第３ ８卷
第 ４期
化
工 机 械
３３ ９
蓄 能 技 术 在 土 壤 源 热 泵 热 失 衡 问题 中 的应 用
曹 孜 孜 蒋 绿 林 刘 卫 火
（ 州 大 学 机 械 与 能 源工 程 学 院 ） 常
摘 要 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 ， 开 传 统 的 辅助 能 源 （ 却 塔 避 冷
供热 的 目的。夏 季 ， 泵将 建筑 物 内的热量 取 出 ， 热 通过 埋 管 系统 排 入 地 下 ， 同时 蓄 存 热 量 ， 备 冬 以 用 ； 季 ， 管 内 的介 质将 地 下 的 热量 取 出 ， 后 冬 埋 然 通过热 泵 主机和 室 内系 统 给建 筑 物 供 暖 ， 同时 蓄
的 ， 仅可 以解决冬 夏热不 平衡 的问题 ， 且 可 以 不 而
施 的冷热平衡 功 能 ， 导致 系统冬 夏 季 节取 放 热不 平衡率 大 于设 计值 ， 土壤 出现 热堆积 。
４％ ［
。
一
土 壤热失 衡不 仅要 考虑 冬夏季 冷热 负荷 的 比
率 ， 需 从 地 埋 管 换 热 器 的 间 距 、 统 构 成 以及 实 还 系
际运行 情况 等方 面 分 析 ， 目前 运 行 中 出现 的热 从
失 衡 问 题 来 看 ， 要 有 以 下 几 种 情 况 ： 主 ａ 为 了 节 省 初 投 资 ， 少 地 埋 管 换 热 器 的 ． 减
的取 、 热 不平 衡 ， 余 的 热 量 （ 量 ） 会 在 地 放 多 冷 就
下 慢 慢 堆 积 ， 渐 超 过 土 壤 自 身最终 引 起地 下 年 平 均 温度 的上 升 （ 低 ） 影 降 ，
响地热 器 的换热性 能 ， 整个 系统 的效率 降低 ， 使 并
热 泵 系统 更广 泛 地 应 用提 供 了有 效 途 径 。 关 键 词 地 源 热 泵 蓄 能技 术 热 失衡 辅 助 能 源
中图 分 类 号
Ｔ ０ １５ Ｑ ５ ．
文 献 标 识 码 Ａ
文章编号
０ ５ －０ ４ ２ １ ） ４ ０ ９ － ２ ４６ ９ （ ０ ０ —３ ３０ １ ４
和 锅 炉 等 ） 办 法 ， 出 了解 决 该 问 题 的 新 技 术 思 路 —— 蓄 能 技 术 ， 的 提 实施 能 量 蓄存 ， 到 能 量 的 补 充 和 再 达
利 用的 目的 ， 轻 能 量 失衡 带 来 的 影 响 ， 减 降低 了 因辅 助 设 备 而增 加 的 系统 初 投 资 和 运 行 费 用 ， 土 壤 源 为