冬季使用地源熱泵需要避免哪些狀況？
時(shí)間:2022-02-18
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冬季使用地源熱泵需要避免哪些狀況？
北方地區(qū)燃煤鍋爐的逐漸禁用讓地源熱泵獲得了更大的市場，作為利用可再生能源的高效節(jié)能，環(huán)保型的系統(tǒng)，雖然優(yōu)勢眾多，但還是在冬季使用時(shí)還需要注意一下事項(xiàng)。
在寒冷地區(qū)由于其冬季供熱負(fù)荷大于夏季供冷負(fù)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(jī)組的蒸氣溫度降低，致使系統(tǒng)供熱量下降，耗功率上升，供熱系數(shù)COP降低，一般情況下，土壤溫度降低1℃，會使制取同樣熱量的能耗增加3—4％。同理，對于南方地區(qū)，由于夏季空調(diào)冷負(fù)荷大于冬季供暖負(fù)荷，可能造成地下土壤的溫度越來越高，造成機(jī)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(tǒng)的吸、排熱平衡是地源熱泵系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行的可靠保證。
地?zé)崞胶鈫栴}是地源熱泵使用中常見的問題，在寒冷地區(qū)，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(dǎo)致土壤的溫度逐漸下降，造成冬季使用地源熱泵時(shí)蒸氣溫度降低，系統(tǒng)供熱量下降，能耗量上升，導(dǎo)致使用的電量增大，運(yùn)行效果受影響。一般來講，水平埋管可以和地面進(jìn)行充分地?zé)峤粨Q，因此不存在地下土壤的熱平衡問題，但是對于垂直埋管來講，因?yàn)槁穹泡^深，所以易受地?zé)崞胶鈫栴}的影響，一般最常用的方法是采用帶有太陽能集熱器輔助加熱的太陽能地源熱泵系統(tǒng)，可從根源上解決這一問題。
土壤的凍結(jié)對埋管換熱器傳熱的影響是地源熱泵冬季使用時(shí)應(yīng)注意的另一因素，在零下攝氏度的條件下?lián)Q熱器的周圍土壤可能會發(fā)生凍結(jié)，水分凍結(jié)會放熱，導(dǎo)致大量潛熱被釋放出來，所以應(yīng)考慮到凍結(jié)時(shí)的土壤溫度要高于沒有凍結(jié)時(shí)的溫度，而且含水量越高溫度差越大。
在北方寒冷地區(qū)，冬季進(jìn)入地下埋管換熱器的液體溫度一般均在0℃以下，換熱器周圍含濕量的土壤可能凍結(jié)。根據(jù)定性分析，水份凍結(jié)時(shí)，有大量的潛熱被釋放出來，因此在吸收同等數(shù)量的熱量情況下，土壤降低的溫度幅度小，水份越多，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(shè)計(jì)中不考慮土壤中水份凍結(jié)的影響，計(jì)算出的地下埋管周圍的溫度場偏低與實(shí)際情況偏差較大，水份越多，差別越大，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮水份凍結(jié)的影響。但目前有關(guān)巖土凍結(jié)和其計(jì)算方法方面的研究文獻(xiàn)不多，但可以肯定土壤凍結(jié)對地下埋管換熱是有利的。有的文獻(xiàn)提出在長期連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如不考慮凍結(jié)的影響，換熱器尺寸要比實(shí)際偏大31％。有的采用簡化方法，把埋管與周圍土壤換熱過程按未結(jié)凍和凍結(jié)兩種模型計(jì)算，凍結(jié)時(shí)按凍結(jié)區(qū)的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度及末凍結(jié)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和密度分別建立盤管內(nèi)流體能量方程、盤管壁的能量方程、土壤凍結(jié)時(shí)的能量方程、土壤末凍結(jié)時(shí)的能量方程，最后采用有限差分法求解方程，得到凍結(jié)時(shí)和末凍結(jié)時(shí)的土壤溫度場分布情況。考慮凍結(jié)時(shí)的土壤溫度均高于未考慮凍結(jié)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時(shí)要考慮到地下土壤的熱平衡問題和土壤凍結(jié)問題，只有這樣才能保證地源熱泵后期使用的效果，不過也不用擔(dān)心，只要正確及時(shí)的進(jìn)行處理，地源熱泵還是會發(fā)揮出色的作用。
