由于我國南北方氣候差別很大,北方寒冷,冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷;相反南方炎熱,夏季負(fù)荷遠(yuǎn)大于冬季負(fù)荷,所以在我國部分地區(qū)單一的使用地埋管地源熱泵系統(tǒng),會(huì)導(dǎo)致土壤的冬夏季不平衡性從而影響土壤熱環(huán)境。合理地設(shè)置土壤熱泵輔助系統(tǒng)不僅可以解決土壤熱平衡問題,甚至可以額外節(jié)約能耗或節(jié)省安裝運(yùn)行費(fèi)用。
1、冷卻塔補(bǔ)償系統(tǒng)
對(duì)于南方地區(qū),夏季炎熱冬季暖和則系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必然導(dǎo)致夏季排放的熱量遠(yuǎn)大于冬季吸收的熱量。系統(tǒng)運(yùn)行一年后積累的熱量會(huì)引起土壤溫度逐年上升,使熱泵機(jī)組制冷效率嚴(yán)重降低。建立冷卻塔地埋管地源熱泵混合系統(tǒng)(見圖1),使夏季冷凝放熱一部分埋入地下,以備冬用,一部分通過冷卻塔釋放冷凝熱量,這一系統(tǒng)適用于夏季負(fù)荷高于冬季負(fù)荷的長(zhǎng)江中下游地區(qū)。夏季通過埋地?fù)Q熱器釋放給土壤的熱量與冬季從土壤的取熱基本持平,從而獲得土壤熱平衡。
該混合系統(tǒng)的初投資增加了冷卻塔系統(tǒng)的費(fèi)用,但由于減少了埋地?fù)Q熱器的面積,整個(gè)初投資費(fèi)用不一定增加(視施工區(qū)域地質(zhì)情況而定)。運(yùn)行費(fèi)用增加了冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用,但從整個(gè)系統(tǒng)的總能耗來分析,系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用不一定比單一的地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高(視冷卻塔配置量而定)。
2、太陽能輔助系統(tǒng)
與南方地區(qū)相反,北方地區(qū)特別是東北地區(qū),冬季寒冷,夏季溫和,其冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷,則熱泵長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后,由于吸收的熱量遠(yuǎn)大于夏季排放的熱量,必然會(huì)導(dǎo)致土壤的溫度降低,從而造成冬季埋管換熱器的進(jìn)、出水溫度較低,地埋管地源熱泵機(jī)組循環(huán)性能提高受到限制。增加太陽能系統(tǒng)作為地埋管地源熱泵輔助熱源的措施,不僅有助于改善系統(tǒng)運(yùn)行工況,降低系統(tǒng)總投資,同時(shí)可以調(diào)節(jié)土壤熱平衡。
我們采用圖2所示的太陽能輔助加熱器,使得冬季熱泵吸收的熱量一部分來自太陽能。太陽能是人類可利用的、安全、無污染、可再生、最豐富的免費(fèi)能源,利用太陽能作為輔助能源,是解決寒冷地區(qū)土壤熱平衡的較好方法之一。
3、熱水回收系統(tǒng)
電熱水器用來加熱熱水所需的能量全部來自電能,其能耗太高;傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴鲿?huì)隨著燃?xì)鈨r(jià)格上漲趨勢(shì)而增加使用費(fèi)。熱回收技術(shù)是通過換熱器回收制冷機(jī)產(chǎn)生的冷凝熱,用于加熱生活用水的一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)。熱回收技術(shù)不僅充分利用制冷系統(tǒng)的廢熱,減少了排放至環(huán)境的廢熱,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱水供應(yīng)技術(shù),同時(shí)由于使得進(jìn)入土壤的排熱減少,是土壤熱平衡解決方法之一。
4、廢熱輔助地耦系統(tǒng)
在寒冷地區(qū),如果有條件,冬季可以利用生產(chǎn)生活廢熱和污水處理廢熱來輔助地埋管地源熱泵系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展,將生產(chǎn)生活中的廢熱很好地利用起來,對(duì)于改善城市環(huán)境、節(jié)約能源具有重要意義;同時(shí)改善了土壤的熱平衡問題,提高了地埋管地源熱泵效率,使其可以長(zhǎng)期、持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。
5、其他
為解決土壤熱平衡問題,我們還可以優(yōu)化埋地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)時(shí),適當(dāng)加大埋管間距,以減緩?fù)寥罍囟鹊纳呋蚪档停黾拥芈窆艿卦礋岜玫氖褂媚晗?。另外,亦可在系統(tǒng)后期運(yùn)行方面加以管理,間歇運(yùn)行地源熱泵系統(tǒng),以期地下土壤溫度場(chǎng)的恢復(fù)和平衡,改善地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況。