地?zé)岽罂|營論劍 共創(chuàng)共贏地源熱泵行業(yè)美好明天
——海利豐·2017第九屆中國國際地源熱泵行業(yè)高層論壇觀點摘登
編者按：2017年8月17-19日，“海利豐·2017第九屆中國國際地源熱泵行業(yè)高層論壇”在山東東營盛大召開。來自全國各地的地源熱泵企業(yè)、政府部門、行業(yè)協(xié)會、大專院校、房地產(chǎn)開發(fā)商、設(shè)計院、地源熱泵及地?zé)崮艿认嚓P(guān)單位的800余位專業(yè)人士出席大會。中國地源熱泵行業(yè)高層論壇作為業(yè)界規(guī)格最高、規(guī)模最大、影響最廣的盛會，已成為凝聚行業(yè)共識，推動交流合作，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的重要平臺。與會嘉賓圍繞“新形勢 新挑戰(zhàn) 新機(jī)遇”主題，大家暢所欲言，提出真知灼見，為我國地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展邁上新臺階出謀劃策。地源熱泵網(wǎng)摘取部分嘉賓精彩觀點，以饗讀者。
山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院教授、地源熱泵研究所所長刁乃仁：從熱力學(xué)角度看，淺層地?zé)崮転榈厍虮韺拥囊环N低品位能量。其地下巖土層單位體積所含能量較低，屬于不良熱導(dǎo)體，但是一個性能良好的蓄熱體。
蓄熱式換熱器是指通過多孔填料或基質(zhì)的短暫能量儲存，將熱量從一種流體傳遞到另外一種流體（或固體）。利用淺層地溫變化較小和巖土體蓄能的特點，充分利用地下恒溫層這一良好的蓄熱體屬性。保證年周期內(nèi)蓄冷量與蓄熱量的基本平衡，是地埋管地源熱泵長期可靠高效運(yùn)行的技術(shù)要求。
我國地域遼闊，具有淺層巖土溫度變化較大的典型特點，如北京地區(qū)地下200 米以內(nèi)的地下巖土層溫度約為15℃~17℃，廣州22℃~24℃。寒冷及嚴(yán)寒氣候下的區(qū)域，淺層地下巖土溫度較低，哈爾濱為6℃~8℃。低溫環(huán)境對于夏季釋熱是有利的，但冬季取熱難度較大。寒冷氣候條件下（如山東省）建筑物的冷負(fù)荷相對較少，熱負(fù)荷需求量大，這與巖土體的取熱蓄熱能力不匹配。寒冷地區(qū)用地源熱泵一般取熱量大于釋熱量，通過地心、太陽輻射及基于巖土體熱平衡的“自恢復(fù)能力”得到的熱能能否在有效時間內(nèi)補(bǔ)充地埋管提取的熱量，需視具體的資源性條件和系統(tǒng)性條件而定。
地?zé)醾鳠崂碚撆c實驗研究目標(biāo)概況為以下五點：一是地埋管群布置及其體形系數(shù)的優(yōu)化。分析在不同鉆孔布置及形狀下，巖土體溫度變化規(guī)律，探討巖土體在不同鉆孔體形系數(shù)下地下能流分布的特征，提出鉆孔群優(yōu)化布置方案。二是巖土體蓄能與釋能優(yōu)化控制。通過改變從巖土體中取熱時間、空間及強(qiáng)度，調(diào)控巖土體蓄能與釋能過程，實現(xiàn)能量在巖土體中的再分布，降低局部鉆孔冷熱量堆積效應(yīng)。三是探討多工況下巖土體溫度變化規(guī)律，溫度場分布特征。四是分析地埋管群溫度趨向一致的能力及其熱響應(yīng)半徑。五是復(fù)合能源系統(tǒng)的優(yōu)化與控制。
通過實驗研究，地埋管蓄熱換熱器溫度趨向一致能力的分析顯示，單一或少量地埋管，地埋管間影響很小，有利于換熱體熱平衡自恢復(fù)。換熱體較大（地埋管較多）的溫度場相互影響，其土壤熱平衡自恢復(fù)能力大大減弱，恢復(fù)時間大大延長。隨著可利用溫差逐漸變小，換熱速率（強(qiáng)度）降低、減慢，達(dá)到基本平衡需要數(shù)月或數(shù)年的時間；當(dāng)日、當(dāng)月或當(dāng)季的所存取熱量，主要基于換熱體自身所存取熱量能力，因此首先換（蓄）熱體要滿足系統(tǒng)當(dāng)季存取熱量需要，在此基礎(chǔ)上，充分考慮土壤熱平衡的自恢復(fù)能力。
地埋管群優(yōu)化方法可總結(jié)為以下幾點：一是埋管外密內(nèi)疏優(yōu)化設(shè)計方案與傳統(tǒng)設(shè)計方式相比均改善了溫度場波峰或低谷現(xiàn)象，即合理減少中心區(qū)域埋管數(shù)量（或增大間距），可獲得明顯的優(yōu)化效果。二是優(yōu)化后中心線上地埋管換熱皆優(yōu)于傳統(tǒng)方案，部分位置相比傳統(tǒng)設(shè)計略有惡化（如拐角處），靠近中心區(qū)域，換熱效果改善明顯。三是土壤熱擴(kuò)散系數(shù)越小，采用中間布管稀疏、外圍布管緊密的優(yōu)化設(shè)計方案的效果愈加明顯，更適宜采用優(yōu)化設(shè)計方案布管。
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