文 献 综 述

一、课题背景

人类社会已经进入21 世纪, 能源的紧张成为人类社会面临的一大难题。节能环保型空调产品的研制、开发与应用已引起世界各国的高度重视。地球表面浅层土壤吸收大量的太阳能而形成了低位热能资源。它常年保持恒定的温度, 远高于冬季室外温度, 又低于夏季的室外温度。热泵是通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。以建筑物的空调为目的的热泵系统, 在供热时将低温热源中的热量取出来, 连同所消耗的高品位能一起, 向建筑物供热; 在制冷时, 提取建筑物中的热量, 释放到环境热源中去。在冷暖空调领域中, 作为一种清洁可再生能源, 地源热泵系统是当今世界上增长最快的方式之一^[1-3]。

二、土壤源热泵

1.土壤源热泵工作原理

土壤源热泵(Ground- Source Heat Pump)是一种利用地下浅层( 400 m)以上土壤源的高效节能空调系统。其系统主要由两部分组成: 一部分是由地表以上的水源热泵机组构成; 另一部分由埋设于地表下的换热盘管构成, 如图1所示。

图1 土壤源热泵系统的结构示意

地埋管地源热泵系统包括一个土壤耦合地热交换器, 它或是水平地安装在地沟中, 或是以U 形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器并联连接, 再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接, 它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动, 实现系统与大地之间的传热。夏热冬冷地区地温平均温度在15℃~20℃左右, 通常冷凝器的夏季出水温度在35℃~40℃之间, 与岩土换热温差可达20℃~ 25℃, 有利于提高制冷系数, 而且不会把热量、水及细菌等排入大气环境, 造成对环境的损害。冬季运行时, 冷凝器作为蒸发器, 进行地下换热后蒸发器出水温度一般均高于室外温度, 可显著提高供热系数, 不存在空气源热泵随气温下降供热系数显著减少及结霜等问题。地源热泵在夏季利用冬季储存的冷量供冷, 同时储存热量, 以备冬用; 冬季利用夏季储存的热量供热, 同时储存冷量, 以备夏用。夏热冬冷地区供冷和供暖的天数大致相同, 冷暖负荷基本相当, 可用同一地下埋管换热器实现建筑冷暖联供, 是一种既节能又环保的空调技术。