试析降低竖直型土壤源热泵换热器技术

    本文通过对建筑物负荷计算设计，土壤试验井热响应，地下换热器布置设计及施工方法等技术分析，认为现阶段土壤源热泵空调地下换热器的造价还有下降的空间。
    土壤源热泵换热器造价分析
    1.概述
    随着我国节能减排发展战略的实施，研究和利用新型节能环保空调已成为当前社会重要课题，由于土壤源热泵具有制冷性能系数高、节能效果好、利用可再生能源、环保效果好、系统简单、维护方便等优点，已在欧美国家广泛地应用，我国各地在政府的积极支持推动下，土壤源热泵空调也在建筑领域得到了迅速发展。但土壤源热泵空调造价比传统型空调贵，而使业主望而生畏，制约了土壤源热泵的推广使用，因此，降低土壤源热泵的造价，减少其一次性的投入，对土壤源热泵在空调领域的发展具有重要意义。本文重点对土壤源热泵换热器的造价影响的技术因素进行分析，供工程应用参考。
    地源热泵系统(土壤源)的初投资比传统系统看似偏高，使消费者(开发商)担心使用该技术是否会使工程价格升高，影响着一些消费者对于该技术的认可。但地源热泵系统免除了能源传递输送过程中的基础设施投资，而且该系统还能同时供冷(暖)和供新风(并可供生活用水)，综合成本将大大节约的价格优势，却并未能被消费者全面认识。在一千平方米的办公楼中使用地源热泵，冬季24小时运行，室温保持在22℃—24℃，其一天电耗仅为140~150度。如果将初投资、运行费用、维修费用、使用年限、土地使用、基础建筑、能源使用等条件综合考虑，每日单位负荷费用均低于其他各类空调。
    土壤源热泵价格分三个部分,室内末端部分、机房部分、室外地埋部分，土壤源热泵空调造价主要贵在室外地下换热器，土壤源热泵是把建筑物的负荷通过地下换热器与土壤进行热交换，夏季把建筑物的热量转移进土壤，冬季再把土壤中的热量转移到建筑物，因此，地下换热器是土壤源热泵至关重要的设备。土壤源热泵换热器分水平型与竖直型两种，选用水平型或竖直型换热器由可利用土地面积、土壤的类型和挖掘费用而定，若有大量的土地、且开掘方便，则水平型换热器比较经济。竖直型换热器占地相对少些，因此，在城市等土地比较紧张的地方则多数采用竖直型换热器，它需要机械钻井和比较高的技术回填，其工程造价相对要高些。目前，城市土壤源热泵空调工程建设中，均采用竖直型地下换热器，影响竖直型换热器造价的技术因素主要有如下几个方面。
    2.影响地下换热器造价因素分析
    2.1建筑物负荷计算的影响
    由土壤换热器长度的工程设计公式：
污水源热泵技术工作原理研究简要分析
从设计计算公式可知：选用的水冷式制冷机组能耗比高，则换热器所需的长度相应减少，所以选用高效的制冷机组，也是降低地下换热器造价的途径之一。
    2.2土壤特性测试的影响
    由换热器长度设计公式可知：土壤换热能力与换热器长度成反比，但实际设计中，上述计算方法比较繁琐，且部分数据不易获取，所以很多设计采用管材“换热能力”来计算管长，其计算式为：
    Lc=1000Qc/ql
    式中：ql为每米管长换热量(W/M)由测试获得。因此,土壤源地埋管热响应测试就显得非常重要，测试规范、正确、地埋管换热能力的合理性，对换热器长度计算至关重要，有些测试报告过于草率，给出的换热能力与实际土壤特性不符，测试报告参数偏低，使得工程设计的地下换热器长度过长，工程造价偏高，这方面应引起有关部门重视并作出规范测试条例，保证地埋管热响应测试的正确性及合理性，以利土壤源热泵技术的推广应用。如长江三角洲地区，地下水系丰富，渗流频繁，理应地埋管热响应测试中换热能力在60W/M以上，但有些工程测试中偏低，测试的换热能力仅为60W/M以下，,如某临湖工程的建筑物负荷为2500KW,竖直地埋管井深为100M,水冷式制冷机的COP为5，采用单U形式，由计算公式得：
    Qc=Q1(1+1/COP1)=2500(1+1/5)=3000KW
    当地埋管的换热能力为56W/M时，换热器长度计算为：
    Lc=Qc*1000/28=107142.86M
    则钻井数为：N=Lc/n