地源熱泵在公路融雪除冰中的應(yīng)用
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2022-08-17 13:49:57瀏覽次數(shù):1264
地大熱能地源熱泵專家:地源熱泵作為一項可再生的、節(jié)能的和環(huán)保的技術(shù),在國內(nèi)正迎來前所未有的應(yīng)用。
地源熱泵應(yīng)用過程中出現(xiàn)的熱失衡問題和道路融雪化冰的需求,探索道路融雪化冰-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)運行的可行性。
夏季根據(jù)建筑負荷的變化,采用地埋管直接供冷和機組供冷相結(jié)合的運行方式,冬季復(fù)合式系統(tǒng)為建筑供熱的同時,在下雪天為路面融雪化冰。模擬結(jié)果顯示夏季結(jié)束時,土壤溫度升高了 4.1℃,機組平均運行效率為 5.0;冬季供熱結(jié)束時,土壤溫度降低到 12.5℃,機組平均運行效率為 3.3。而道路融雪化冰出口溫度在 4℃左右,高于普通路面溫度,采用乙二醇水溶液做循環(huán)介質(zhì),可以起到融雪化冰的作用。該復(fù)合式系統(tǒng)利用土壤的跨季節(jié)蓄熱,不僅解決了地源熱泵熱失衡問題,同時提高了下雪天道路的安全系數(shù),也有效地節(jié)約了能源。
傳統(tǒng)的道路除冰雪方法只能在降雪之后進行,影響道路交通的正常運行,另一方面會對道路路面造成毀壞,并且還會對環(huán)境造成污染以及需要后續(xù)的處理。目前最熱門、最環(huán)保節(jié)能的方法是循環(huán)熱流體法,系統(tǒng)利用太陽能集熱或地源熱泵和路面內(nèi)的管道進行熱交換。這個系統(tǒng)既能在夏季降低路面溫度,緩解城市微氣候,還可在冬季實現(xiàn)道路融雪化冰,可謂是一舉兩得,同時還可在以地源熱泵為建筑供冷供熱系統(tǒng)中,作為輔助的換熱設(shè)備平衡土壤的取/排熱量,提高機組的運行效率。
采用地源熱泵融雪化冰過程,土壤中儲存了一定的冷量,而土壤本身就是一個巨大的蓄能體,考慮到這一點,研究者開始思考,目前大部分地源熱泵為建筑供熱供冷出現(xiàn)的問題是熱堆積,由此道路融雪化冰耦合地源熱泵供冷供熱的復(fù)合式系統(tǒng)應(yīng)用而生。
道路耦合地源熱泵系統(tǒng)運行過程主要是利用土壤實現(xiàn)能量的跨季節(jié)利用,單純的道路換熱系統(tǒng)也稱為道路太陽能系統(tǒng),即道路在夏季作為集熱系統(tǒng),吸收輻射到路面的太陽光,通過地埋管將能量儲存在地下,冬季循環(huán)流體將熱量取出來供給建筑和路面,復(fù)合式道路融雪化冰-地源熱泵系統(tǒng)在夏季吸收建筑的余熱,通過地埋管將能量儲存在土壤中,冬季取出供給建筑和路面熱量,復(fù)合式系統(tǒng)中建筑供冷向土壤中排放熱量過程代替道路太陽能系統(tǒng)太陽能集熱過程。
根據(jù)建筑負荷、機組 COP、系統(tǒng)季節(jié)運行時間和每天供冷供熱時間計算得:夏季機組排熱量為 59MWh/a,冬季機組取熱量為29MWh/a。夏季單純采用地源熱泵為建筑供冷,冬季地源熱泵需承擔(dān)建筑的熱負荷和道路的融雪化冰熱量,為了滿足冬夏季冷熱量的需求,地源熱泵井?dāng)?shù)確定為8口井。
換熱系統(tǒng)從夏季開始運行,過渡季節(jié)停止運行,冬季系統(tǒng)又重新開啟,夏季系統(tǒng)吸收太陽輻射將熱量儲存在土壤中,冬季換熱流體在地埋管和路面換熱管中循環(huán)流動,不斷的從土壤中取熱釋放給路面,實現(xiàn)融雪化冰。
道路融雪化冰系統(tǒng)只在下雪天運行,其余時間系統(tǒng)循環(huán)泵關(guān)閉,在此期間道路中的換熱管中充滿換熱流體,而系統(tǒng)不運行這段時間道路的溫度也有可能在0℃以下。
可再生能源的開發(fā)和利用是未來能源可持續(xù)發(fā)展的必然途徑,也是人類改善居住環(huán)境的方式之一,而地源熱泵利用淺層地?zé)?/a>溫度恒定這一特點,在建筑供冷供熱發(fā)揮著重要作用。