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地?zé)崮艿膽?yīng)用分析
隨著我國政府和社會公眾對保護大氣環(huán)境的越來越重視，城鎮(zhèn)中已經(jīng)普遍禁止采用中小型燃煤鍋爐供熱。因此，除了集中供熱的形式以外，急需發(fā)展其他替代燃煤鍋爐的供熱方式。地?zé)崮芫褪悄苡行p少大氣污染的供熱和空調(diào)手段。地?zé)崮軓膰栏褚饬x上說不是可再生能源。但是地?zé)崮芴N藏十分巨大，幾乎取之不盡，所以是重要的新能源。據(jù)估算，其經(jīng)濟可開發(fā)資源總量約為5億標準煤。低溫地?zé)嵩诠┡吧罟?yīng)方面有明顯的優(yōu)勢。
2.常用空調(diào)熱泵的種類及其特點
地源熱泵系統(tǒng)利用200M以內(nèi)的淺層地殼中儲存的地?zé)崮軐ㄖM行供熱與空調(diào)，具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益。根據(jù)中華人民共和國國家標準《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50366-2005)中的表述，根據(jù)地?zé)崮懿杉到y(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。其中地表水地源熱泵系統(tǒng)受到自然條件和水源的限制。而地下水地源熱泵技術(shù)也存在明顯的先天缺陷。首先，這種抽取地下水的辦法需要當?shù)赜胸S富的地下水作為先決條件，如果地下水位較低，水泵的耗電量將大大降低系統(tǒng)的效率。此外，雖然理論上抽取的地下水將回灌到地下水層，但在很多地質(zhì)條件下回灌的速度大大低于抽水的速度，因此會造成地下水資源的流失。即使能夠把抽取的地下水全部回灌，怎樣保證地下水層不受污染也是一個棘手的課題。水資源是當前最緊缺、最寶貴的資源之一，任何對水源的浪費或污染都是不允許的。因此，發(fā)達國家對推廣應(yīng)用這種系統(tǒng)已經(jīng)采取非常謹慎的態(tài)度。地埋管地源熱泵系統(tǒng)正是保留了地下水地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點，同時又避免了它的缺點的一種熱泵供熱空調(diào)技術(shù)，將成為地源熱泵供熱空調(diào)技術(shù)中的主導(dǎo)形式。
3.地埋管地源熱泵的工作原理
地埋管地源熱泵就是在地下埋設(shè)管道作為換熱器，管道與熱泵機組連接形成閉式環(huán)路。管道中有液體流動通過循環(huán)將熱泵機組的凝結(jié)熱通過管道散入地下(供冷工況)，或從大地吸取熱量供給熱泵機組向建筑物供熱(供熱工況)。
4.地埋管地源熱泵地下?lián)Q熱器的形式
地埋管源熱泵換熱器有多種形式，如水平埋管、豎直埋管等。這兩種埋管型式各有自身的特點和應(yīng)用環(huán)境。在中國采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性：節(jié)約用地面積，換熱性能好，可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場、操場等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管，見縫插針充分利用可利用的土地面積。
5.豎直埋管換熱器形式
最常用的豎直埋管換熱器就是由垂直埋入地下的U型管連接組成。如下圖所示：
豎直U型埋管的換熱器采用在鉆孔中插入u型管的方法，一個鉆孔中可設(shè)置一組或兩組u型管。
6.豎直埋管深度
豎直埋管可深可淺，須根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件而定，如20m、30m……直到200m以下。確定深度應(yīng)綜合考慮占地面積、鉆孔設(shè)備、鉆孔成本和工程規(guī)模。例如天津地區(qū)地表土壤層很厚，鉆孔費用相對便宜，宜采用較深的豎直埋管，因深埋管的成本低、換熱性能好、并可節(jié)約用地。
7.豎直埋管材料
埋管材料最好采用塑料管，因與金屬管相比，塑料管具有耐腐蝕、易加工、傳熱性能可滿足換熱要求、價格便宜等優(yōu)點?？晒┻x用的管材有高密度聚乙烯管(PE管)，鋁塑管等。豎直埋管的管徑也可有不同選擇，如DN20、DN25、DN32等。
8.豎直埋管換熱器鉆孔孔徑及回填材料
豎直埋管換熱器的形成是從地面向下鉆孔達到預(yù)計深度，將制作好的u型管下入孔中，然后在孔中回填不同材料。在接近地表層處用水平集水管、分水管將所有u型管并聯(lián)構(gòu)成地下?lián)Q熱器。
根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，鉆孔孔徑可以是φ100、φ150、φ200或φ300，天津地區(qū)地表土壤層很厚，為了鉆孔、下管方便多采用φ300孔徑。
回填材料可以選用澆鑄混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料選擇要兼顧工程造價、傳熱性能、施工方便等因素。從實際測試比較澆鑄混凝土換熱性能最好，但造價高、施工難度大，但可結(jié)合建筑物樁基一起施工?；靥钌呈蛩槭瘬Q熱效果比較好，而且施工容易、造價低，可廣泛采用。
9.地埋管地源熱泵系統(tǒng)的冷(熱)負荷計算及其作用
地埋管地源熱泵系統(tǒng)空調(diào)房間設(shè)計冷、熱負荷(以下簡稱負荷)的計算方法與常用空調(diào)系統(tǒng)的完全相同?？蓞⒄宅F(xiàn)行有關(guān)規(guī)范和空調(diào)設(shè)計手冊進行。
設(shè)計負荷是選擇空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備和熱泵主機容量及機房輔助設(shè)備的主要依據(jù)。但應(yīng)當指出的是，地埋管地源熱泵系統(tǒng)中地?zé)釗Q熱器容量的設(shè)計不僅與瞬時峰值負荷的大小及其延續(xù)時間有關(guān)，還與某段連續(xù)運行時間內(nèi)的平均負荷有關(guān)。另外，地?zé)釗Q熱器夏季傳遞到地層中的熱量與其冬季取自地層中的熱量是否平衡，在一定程度上也影響著地?zé)釗Q熱器性能的好壞。如果這兩個熱量平衡，則地?zé)釗Q熱器長期運行時，不會引起地層中熱量的積累而使其性能退化。因此，在負荷計算中應(yīng)包括設(shè)計負荷計算，冬夏連續(xù)運行期間內(nèi)的平均負荷計算以及夏冬季工況通過地?zé)釗Q熱器傳遞到地層中熱量計算。
10.地源熱泵熱源系統(tǒng)的選擇與設(shè)計
熱泵熱源系統(tǒng)的選擇應(yīng)遵守因地制宜、因工制宜，合理利用自然資源的原則。在冬季氣候溫暖、地下水豐富或有地表水可利用的地區(qū)，如我國南方地區(qū)，可優(yōu)先考慮地下水水源熱泵或地表水水源熱泵。反之，在冬季寒冷、地下水或地表水緊缺的地區(qū)，如我國北方大部分地區(qū)，地埋管地源熱泵應(yīng)是優(yōu)先選擇的系統(tǒng)。
11.結(jié)語
地?zé)崮艿木C合利用既符合國家的能源政策，又可給業(yè)主帶來可觀的效益，因此，其開發(fā)潛力是非常大的。但目前不少工程存在諸如浪費資源、破壞環(huán)境、地?zé)崂寐实?、設(shè)備使用壽命短、管理不科學(xué)、設(shè)計水平低下等問題。這就要求我們在開發(fā)利用中端正態(tài)度，高度重視，合理設(shè)計，綜合應(yīng)用，正確選材，優(yōu)化控制，力求做到開發(fā)與保護相結(jié)合，使其真正成為可持續(xù)發(fā)展的新能源，長久的造福人類。