工程施工設計論文地源熱泵開發(fā)利用需要注意的若干問題

1、工程施工設計論文：地源熱泵開發(fā)利用需要注意的若干問題【摘要】地源熱泵以其節(jié)能環(huán)保和高效的優(yōu)勢受到了空調(diào)行業(yè)的青睞近年來有了巨大發(fā)展。但從大部分實際工程來看該系統(tǒng)的設計和施工仍存在著眾多的問題亟待研究和解決本文就幾個重點問題進行初步的研究以供參考?！娟P鍵詞】地源熱泵設計施工問題1.地源熱泵系統(tǒng)設計1.1埋管換熱器模型研究。(1)單個地下埋管換熱器的模型。目前國內(nèi)外求解地下?lián)Q熱器傳熱時使用最為廣泛的是線熱源和柱熱源理論。它們是將埋管換熱器等

2、價為一個線熱源或者圓柱型熱源這種簡化對于真正這樣的熱源才完全正確。由于埋管換熱器中兩支管傳熱是不對稱的這兩種方式的簡化處理雖然可以使問題大為簡化但卻無法準確描述埋管換熱器的傳熱情況無更好的方法研究影響它傳熱效率的因素。除了線熱源和柱熱源理論以外還有能量平衡原理的數(shù)學模型。但對于國內(nèi)現(xiàn)有的工程來說普遍是按照線熱源模型進行設計或是模擬的這種方法簡單易懂且適用于工程計算但是隨著行業(yè)的發(fā)展埋管換熱器的傳熱模型必將會更加準確和嚴謹。(2)地下埋管

3、換熱系統(tǒng)(管群)的研究。現(xiàn)有的埋管傳熱模型都是針對單個埋管換熱器的傳熱和溫度場的研究基本都能夠模擬單個埋管換熱器的傳熱情況。而地源熱泵工程中常常有多個甚至有上百個埋管換熱器組成埋管換熱系統(tǒng)來完成最終的換熱各個埋管換熱器之間必然會相互的影響現(xiàn)有的模型沒有給出描述他們之間相互影響的辦法。從以上分析來看能夠完成多個埋管換熱器溫度場的分析和模擬對實際工程更有意義。目前較多的研究方法有兩種。一是疊加方法在各種單個埋管換熱器溫度場的研究基礎上對多個

4、埋管換熱器的溫度場進行溫度的疊加。其基本依據(jù)是每個埋管換熱器所產(chǎn)生的溫度場是相對獨立的溫度的變化與熱流密度成線性關系包含在換熱孔分布范圍內(nèi)的任何位置的溫度均可以根據(jù)線性問題的疊加原理得到。一種方法是內(nèi)熱源法[35]將換熱器看成等效的內(nèi)熱源將換熱器直接以熱源的形式表示在控制方程中而不再作為熱流條件。對土壤內(nèi)傳熱換熱器冬季從土壤中吸熱熱源項為負。夏季向土壤中排熱熱源項為正。這種方法不考慮換熱孔內(nèi)復雜的情況簡化了對孔內(nèi)復雜傳熱情況的研究。將整

5、個埋管換熱系統(tǒng)溫度場看成是一個整體來求解避免了煩瑣的疊加計算。在一定程度上簡化了埋管換熱系統(tǒng)溫度場的模擬計算。1.2地下埋管換熱器換熱參數(shù)的確定。埋管換熱參數(shù)可根據(jù)以上提供的理論模型進行計算其結(jié)果也能在一定程度上反映地下埋管換熱器的換熱量。其實地下埋管換熱器的換熱量受諸多因素的影響如土壤溫度土壤性質(zhì)是否有地下水等。地下埋管換熱器的換熱過程是一個復雜的過程不能單單通過假設和理論進行計算還要利用測試技術進行換熱能力的試驗。換熱試驗通常要求分

6、別進行地下埋管排熱和取熱工況對實驗數(shù)據(jù)進行整理從中得到所需要的排熱量和取熱量參數(shù)。同時還要測試在多個埋管相互影響作用下地埋管的換熱量參數(shù)。測試得到地埋管換熱量參數(shù)可以作為設計參數(shù)再進行地埋管換熱系統(tǒng)的相關設計。1.3地下埋管換熱器的計算。埋管換熱系統(tǒng)的數(shù)量要由建筑的負荷和熱泵的效率而定埋管換熱系統(tǒng)所承擔的換熱量夏季是建筑的負荷與熱泵耗功的和冬季是建筑的負荷與熱泵耗功的差。埋管換熱器的換熱量與巖土體的初始溫度、巖土體的熱物性、埋管換熱器的

7、形式、熱泵系統(tǒng)的運行模式等有式系統(tǒng)無論采用以上那種系統(tǒng)都會對設備有一定的腐蝕增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。采用耐腐蝕材質(zhì)的換熱器投資成本又會大大增加所以水質(zhì)是水地源熱泵應用的一個不可忽視的問題。一般工程上對地下水水質(zhì)的基本要求是:水體基本澄清、水質(zhì)較穩(wěn)定、不易腐蝕、無滋生微生物或生物、不生結(jié)垢等。2.3抽灌井的設計。開采地下水會造成地下水資源的浪費因此在采用地下水地源熱泵系統(tǒng)時抽取的地下水在提取能量后必須要回灌且應保證同層同質(zhì)回灌做到盡量不影響原

8、有地下水儲量和水質(zhì)條件。顆粒較細的地層中回灌有一定的難度需要采用一井抽水多井回灌的方式增大回灌量盡可能將所抽地下水完全回灌到原含水層中。還可以采用抽灌交替使用的方式來增加水井的使用壽命而在投資上僅僅是增加了一小部分潛水泵的費用這樣即保證了熱泵系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行又改善了抽灌井的抽水和回灌條件保護了地下水資源。3.安全及環(huán)保問題3.1防凍液對人的危害。在地埋管地源熱泵系統(tǒng)中有時通過向埋管循環(huán)水中加適量防凍液的方法來提高埋管換熱器換熱量但是這

9、種做法容易對周圍環(huán)境和工人產(chǎn)生不利影響。向埋管換熱器環(huán)路充注防凍液時人暴露在防凍液彌漫的環(huán)境中。在溶液配置過程中工人有可能吸入粉末或有毒蒸氣人體的皮膚或眼睛可能受到傷害利用面罩或工作服等防護措施可以消除這些危險。市場上防凍液的種類很多在設計之初就要對防凍液的毒性有所了解一般的講防凍液的毒性可以從以下三個方面來評價:(1)通過呼吸進入人體造成的危害(2)誤服對人體造成的危害(3)長時間的暴露于防凍液的環(huán)境中對人體造成的危害。防毒液中甲醇是

10、毒性最大長時間的處于高濃度的甲醇環(huán)境中會導致頭痛、惡心、失明甚至死亡。誤服喝下少量也可能導致失明甚至死亡故必須配備必要的防護設備。除了甲醇乙二醇是采用比較普遍的一種防凍液是一種有甜味無色的液體誤服會有一定的毒性在灌注時最好能夠有一定的防護措施。3.2地面沉降。在地下埋管地源熱泵和地下水地源熱泵系統(tǒng)中都存在著引發(fā)地面沉降的可能。地埋管地源熱泵中如果能夠做好埋管換熱器的回填工作則引發(fā)地面沉降的可能性不大在地下水地源熱泵系統(tǒng)中對取水量、回灌量

11、和含水層的確定是是否引發(fā)地面沉降的主要因素。只開采而不進行回灌是地面沉降的主要原因通常水源熱泵系統(tǒng)需要的地下水量比較大如果只抽取地下水不進行回灌含水層中的抽取量大于自然補給量很快會造成該含水層中水量減少含水層上下部的壓力不均衡當含水層不足以承擔上部壓力時引發(fā)地面沉降。另外由于施工或者運行過程造成回灌困難或者不能保證同層回灌也有引發(fā)地面沉降的可能。因此在地源熱泵實施先必須徹底的摸清地下含水層情況確定安全的取水層、取水量和回灌量盡量避免過量

12、開采和越層開采防止地面沉降的發(fā)生。3.3地下水溫的改變。在地下水地源熱泵系統(tǒng)中將升溫或降溫的水回灌到地下含水層中。夏季回灌的水溫度高于周圍的環(huán)境會向周圍環(huán)境釋放一定的熱量同時周圍的空氣或水體的溫度也相應的升高從而改變了周圍的生態(tài)環(huán)境影響環(huán)境中生物的生長。冬季回灌的水溫較低同樣會改變周圍的溫度環(huán)境也會帶來相同的影響。3.4土壤溫度的改變。地下埋管換熱器會向周圍的土壤中釋放熱量或是從周圍的土壤中吸收熱量從而導致局部土壤溫度改變通過埋管換熱模