地源热泵热平衡是个“伪命题”目前关于地源热泵系统可行性研究,言必称土壤热平衡,好像地源热泵的成败,即是否可行完全在于冷热平衡;可是对于热平衡需要增加补热或排热措施,增加多少,没有确切标准和依据,说不出所以然来;对工程实施产生了极大困惑。造成这种局面的主要原因还在于对土壤温度的成因和热扩散规律没有理解研究透彻。笔者认为,土壤温度决定性影响是太阳辐射,次要影响是土壤热惰性(即蓄热能力)。证据是:
地源热泵热平衡是个“伪命题”
目前关于地源热泵系统可行性研究,言必称土壤热平衡,好像地源热泵的成败,即是否可行完全在于冷热平衡;可是对于热平衡需要增加补热或排热措施,增加多少,没有确切标准和依据,说不出所以然来;对工程实施产生了极大困惑。造成这种局面的主要原因还在于对土壤温度的成因和热扩散规律没有理解研究透彻。
笔者认为,土壤温度决定性影响是太阳辐射,次要影响是土壤热惰性(即蓄热能力)。
证据是:
1、公开资料表明,一年四季的冷热交替可以影响的土壤温度变化范围只有15-25米左右,高纬度地区影响约25米,中纬度地区影响约15-20米。
2、南北极只有少量太阳辐射,冻土层厚度达千米。
因此,可以认为地源热泵热平衡对土壤温度影响的机理,不过是在太阳辐射基础上叠加了一个额外负荷,相当于把当地土壤移了个位置,提高了纬度或降低了纬度。这样土壤温度的升高或降低都有一个限度,不会无限度升温或降温,只要判定系统温升温降温保持在一个合适的范围内,则系统是可以长期稳定运行的。不平衡负荷与本地太阳辐射功率叠加后的综合负荷导致的土壤温度,可以类比于太阳辐射功率纬度接近地区的土壤温度。换句话说,若不平衡控制在一定范围内,以吸热不平衡为例,土壤的温度变化不过是把工程地点从济南移到沈阳的变化;土壤温度降低2-3度,对地源热泵系统运行影响不大。
所以说,把土壤看作单纯的蓄热体,需要完全100%的回补热量是片面的看法。只要系统设计合理,计算出最大温度变化,使系统运行在合适效率区间,部分补热甚至不补热,也是可行的系统。
2楼
程实施产生了极大困惑。造成这种局面的主要原因还在于对土壤温度的成因和热扩散规律没有理解研究透彻。
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3楼
会累计的。你想表达的意思是土壤的冷热储存会和太阳的辐射有一个冷热平衡点。这个平衡点最后通过土壤的温度升高或者降低2℃来实现。真的会吗???悬。。
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4楼
其实地源热泵技术根本就不成熟,现在只是在打没把握的账,到处只是依葫芦画瓢,没有那个设计的敢说他的系统就是没问题的。地下的情况变化万千,总说是要什么热平衡,土壤他是个不变的箱体吗?难道就没有热量的自然进出吗?那这部分自然进或出的热量如何获知。比如说一个项目体量不是很大,和可能在一个使用季节过后自热就恢复到原来的状态了,那我们还有必要再去人工去冷热平衡吗?所以如何平衡地源热泵地埋管冷热平衡仍然是个大的研究课题。不能单独把他做为一个封闭系统进行研究,现在在用的系统只是个大概的把地源热泵系统作为一个封闭的系统进行研究应用。通常按照夏季和冬季不平衡热量的60%进行补充,当然不可能把地下多了的热量用人工制冷量打入地下来平衡。具体怎么办的你懂得。
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5楼
根本原因就因为研究还不是很彻底或者说目前阶段还不能彻底,所以才要求冷热平衡,在一个平衡的机制下可以把影响和不确定因素减少到最小,如果在一个没有定论的基础上添加随意的不平衡,后期是不是会带来更大的不稳定性呢?
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6楼
我认为是个伪命题。我们可以反过来推理:假设命题成立,则,在某个地源孔周围的能量是以前储存的,地源孔之间的距离假设为4米,则每个地源孔储存能量部分的体积是4*4=16平方米,一百米孔周围土壤体积为1600立方米,设土壤的比热为0.92kj/kg.c,则总热量为1600*1.8(比重)*0.92=2649000kj
地源孔单U我们取热量5kw/H,一个冬天5*24*120=14400kw/h=14400*3600000=51840000kj
这样,地源孔周围的温度一个采暖季节下降51840000/2649000=19.56度。
这样的话,地源孔当年就没法工作了,只所以没出现这种现象,是因为大地深处有热量传递过来或者其它热量传递,这足以说明,不只是太阳辐射的能量,即便是,经过八九个月的积累,能量完全可以恢复,所以说,热量不平衡就是个伪命题。
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7楼
上面的计算,比重和比热取的都偏低,但这也差不了多少,但问题是你真的4米间距密密麻麻很多孔吗?如果是真的4米间距,真的120天昼夜平均能达到5KW吗?真的没有地下水吗?要真是这样,恐怕真是20度温差了。
其实左想右想没必要,要是能找个学生编个有限元软件,土壤传温应该很容易模拟的。如果期望地面来的传热,那得算下地表温度要低多少度才能多吸收多少热量?用个不恰当的比喻,辐射空调大概1度温差每平方米顶多10W,那16平方米5度温差也不过0.8Kw,地表温度比正常低5度有吗?
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8楼
这问题还需要讨论?下面这个帖子按说已经说的比较清楚了
bbs.ehvacr.com/thread-40546-2-2.html
正因为室外气候对土壤温度变化范围只有15-25m左右,大地才更好理解为一个蓄热体,
根据笔者的研究,大地的确不是一个完全的蓄热体,哪怕把大地理解为无限大固体,也有个热量扩散的效应,不可能某一块土壤完全把热量蓄下来。
我们做模拟研究的就是项目所在地地埋管所占用的土壤n年后蓄积下来的热量;
从结果上看,在不平衡的情况下还是有明显的冷热量蓄积效果的;
这个负荷不平衡的影响完全可以计算,但不好估算,
想详细了解可以到前面提到的帖子下载2个附件,为我们做的一个上海地区独栋别墅的模拟报告,供参考
在这个例子中,年累积负荷平衡率较差,但由于项目小,土壤温度可以达到一个基本的平衡
项目越大,冷热不平衡对地下换热器的影响越严重
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9楼
我觉得您讲的也有您的道理,但当大面积推广,完全不考虑热平衡,加上一定的时间,您还认为对环境不会造成破坏吗?我们在影响的是我们的后代的家园。
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10楼
个人觉得“热堆积”现在还是存在的!项目大到一定的程度每年冬夏合计下来会向地面多排出一些热量,长年累月的话就是一个可观的数量,由于土壤热惰性使得局部温升现象会发生,别小看这一两度,一方面对地埋管换热有影响,一方面对地质方面有影响!目前很多地源热泵系统配置冷却塔主要是出于这个原因 当然 也起调峰的左右!
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11楼
rushan360 发表于 2013-7-25 21:33 我认为是个伪命题。我们可以反过来推理:假设命题成立,则,在某个地源孔周围的能量是以前储存的,地源孔之 …沈阳有许多地源热泵失败的案例,地源热泵前3年运行还可以,以后逐年减弱,直至系统废掉;究其原因是冷热不平衡,只冬季取暖,不停的从地下取热,夏季不制冷,没有热量排往地下;如果按你说的,大地有自平衡能力,夏季光照强度高,恢复时间长,第二年再用,应该不会出问题;但它出问题了。
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