隨著中央空調(diào)工程的日益發(fā)展,地源熱泵系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。地源熱泵系統(tǒng)利用地底能源,在夏天的時候把熱能傳入地下,當(dāng)冬季來臨后,進(jìn)行能源循環(huán)利用,形成一種可持續(xù)發(fā)展利用的能源裝置。但大多數(shù)區(qū)域都做不到能量的均衡循環(huán)使用。對于冷源要求過多的工程里,夏天的冷源需求量遠(yuǎn)多于冬季熱源的需求量,最后造成夏天通過管道向地底釋放的熱源大于冬天需要的熱量,時間久了肯定會影響地埋管道周圍的溫度,最后地源熱泵系統(tǒng)的 COP 逐漸降低,整個系統(tǒng)的能效也逐漸降低。因此,采用地源熱泵系統(tǒng)中增設(shè)冷卻塔散熱,有效的解決了其土壤熱平衡的缺陷,并且可以減少地埋管的埋設(shè)深度,節(jié)約成本。
1. 地源熱泵系統(tǒng)的介紹
地源熱泵系統(tǒng)是利用地底內(nèi)土壤和地下水的溫度相對恒定的原理,將建筑物周圍的土壤內(nèi)深埋管路系統(tǒng),通過水循環(huán),為建筑物提供冷熱源,實現(xiàn)熱交換的一種水冷技術(shù)。地源熱泵系統(tǒng)采用了與眾不同的熱交換方式,因此也具有諸多鍋爐或者普通中央空調(diào)系統(tǒng)所不具有的特點:①地源熱泵系統(tǒng)是通過使用水泵運(yùn)動達(dá)成水循環(huán),最后形成熱交換的。只需要電力供應(yīng),不會產(chǎn)生污染,綠色無污染,保護(hù)環(huán)境。②與普通中央空調(diào)系統(tǒng)相比,地源熱泵系統(tǒng)冷熱源只需循環(huán)泵運(yùn)動,耗電量大大的降低,高效節(jié)能。③可以同時做到供暖、制冷,滿足不同需求。④系統(tǒng)智能操控,使用壽命長。漸漸成為現(xiàn)代工程中央空調(diào)系統(tǒng)中的主流。
地源熱泵系統(tǒng)初投資成本相對較高,主要問題在于鉆井費用較高。采用冷卻塔可有效的解決成本相對較高的問題。將地源熱泵與冷卻塔聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng),對于冷源需求大而熱源需求相對較少的區(qū)域,夏季可配備冷卻塔與地源熱泵聯(lián)合使用,而冬季只使用地源熱泵。提高了能效,降低了成本。冷卻塔對地源熱泵系統(tǒng)形成了巨大的影響。由于冷卻塔種類繁多,不同冷卻塔在中央空調(diào)工程中的應(yīng)用效果及影響各不相同,地源熱泵系統(tǒng)的能效與冷卻塔的不同選型相關(guān)。
2. 閉式冷卻塔和開式冷卻塔對地源熱泵系統(tǒng)的影響
閉式冷卻塔是由外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)組成。無需填料,紫銅管表冷器是其核心部位,設(shè)備與內(nèi)循環(huán)對接,形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)(介質(zhì)為軟水)。為設(shè)備進(jìn)行冷卻,將設(shè)備中的熱量帶出到冷卻機(jī)組。而外循環(huán)是在冷卻塔中,為塔本身進(jìn)行降溫。與內(nèi)循環(huán)水相互不接觸,經(jīng)過冷卻塔的紫銅管表冷器完成散熱、換熱工作。根據(jù)進(jìn)塔水溫自動設(shè)置冷卻塔工況。閉式冷卻塔被冷卻介質(zhì)由于不與空氣接觸,不會產(chǎn)生藻類或者鹽類的結(jié)晶,且被冷卻介質(zhì)在密閉管道中流動,介質(zhì)一般都是軟化水,不會影響被冷卻設(shè)備的工作效率。
開式冷卻塔是通過將循環(huán)水以噴霧方式,噴到 PVC 填料上,與空氣、水接觸,進(jìn)行換熱,然后再由風(fēng)機(jī)帶動冷卻塔內(nèi)循環(huán),把熱氣流帶出,從而達(dá)到冷卻。被冷卻介質(zhì)在塔內(nèi)不斷的循環(huán),當(dāng)使用時間多長時,其介質(zhì)會蒸發(fā)、濃縮。因此開式冷卻塔需要常年補(bǔ)水,并且介質(zhì)在在與空氣長時間接觸后, 逐漸會被污染,產(chǎn)生藻類或者鹽類等結(jié)晶,從而影響其使用性能。如果使用開式冷卻塔與地源熱泵聯(lián)合,由于污垢、結(jié)晶的存在,很有可能造成冷卻水系統(tǒng)的水管堵塞,從而引起事故。而且地源熱泵對水質(zhì)要求較高,如果地源側(cè)管道泄漏,很有可能會污染地下水。通常為了保證水質(zhì),一是采用二次水系統(tǒng),中間加設(shè)板式換熱器,末端使用開式冷卻塔;第二便是使用閉式冷卻塔。兩者對比,方法一由于增加中間換熱器,熱交換效率會降低而且系統(tǒng)形式復(fù)雜,增設(shè)換熱器及水泵,系統(tǒng)初期成本增加。另外,占地位置遠(yuǎn)大于使用閉式冷卻塔,因此閉式冷卻塔在地源熱泵系統(tǒng)中有極大的應(yīng)用價值。極大地促進(jìn)了地源熱泵系統(tǒng)的工作能效。
3. 冷卻塔型號選擇對地源熱泵系統(tǒng)的影響
不同冷卻塔選型的運(yùn)行狀況對地源熱泵系統(tǒng)的影響是不同的,冷卻塔啟動后,勢必是增加系統(tǒng)阻力,影響水泵的功耗。研究表明,當(dāng)選用小容量的冷卻塔時,運(yùn)行時間會增加,進(jìn)而影響地埋管道的出口水溫,影響了機(jī)組的能耗。當(dāng)選用大容量的冷卻塔時,冷卻塔的運(yùn)行時間可以縮短,但同時卻增加了成本跟冷卻塔能耗;在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)使用冷卻塔能有效調(diào)節(jié)地埋管周圍土壤的散熱平衡,擴(kuò)大了地源熱泵的使用范圍。冷卻塔型號對地源熱泵系統(tǒng)的能效也具有重要影響。
4. 工程聯(lián)合應(yīng)用分析
工程項目概況:某體育館建筑,建筑類別:多功能甲級體育館,總建筑面積:27000 ㎡,空調(diào)總熱負(fù)荷:2900kw,空調(diào)總冷負(fù)荷:3470kw,對風(fēng)速、溫度要求較高。由于夏季總負(fù)荷大于冬季總負(fù)荷,因此在地源熱泵系統(tǒng)中添加冷卻塔聯(lián)合使用,在調(diào)節(jié)了地下散熱的平衡同時,減少了系統(tǒng)的初投資成本。
5. 結(jié)論
(1) 使用冷卻塔有效的解決了地源熱泵系統(tǒng)土壤熱平衡的問題。
(2) 在地源熱泵系統(tǒng)中使用冷卻塔散熱能夠減少系統(tǒng)的初投資成本,隨著冷卻塔對冷負(fù)荷承擔(dān)的比例的增加,系統(tǒng)的初投資成本會更低。