北美地区地源热泵技术与应用及政府投入

    引言

    到目前为止,全球75%的地源热泵安装在北美地区。本文简要介绍地源热泵在美国和加拿大的技术发展和工程最新应用情况。主要资料来源于国际地源热泵协会(IGSHPA)在2000～2005年之间的技术报告。

    一、热泵的热源系统

    【国际地源热泵协会(IGSHPA)参考报告】

    JohnA.Shonder,OakRidgeNationalLaborator,2004

    ChrisPamplin,AmericanGeothermalDX,2004

    AlanWatts,AWEBSupply,2004

    DanFishe,OklahomaStateUniversity,2004

    EdThomas,IntermountainEnergy,2004

    PauBony,Delta-MontroseElectricAssociation,2005

    SimonRees,OklahomaStateUniversity,2004,2005

    相对常规的空调系统,地源热泵的独特之处在于利用大地作为系统的冷热源。针对热源系统,目前在连接的方式以及与其它冷热源的相互结合上有新的尝试。主要的应用技术方向包括以下几个方面:

    1.直接膨胀(DX)热泵系统:

    针对住宅(别墅)建筑和小型商用建筑,越来越多的工程在采用直接膨胀方式,即使用金属埋管(一般为铜管)直接埋入地下,铜管内循环不再是一般的地源热泵系统中的流体,而是制冷剂。这种系统的优点是成孔直径小,施工成本较常规的垂直埋管低;减少一级换热器,系统效率高,减少了一级水泵,流体直接由压缩机驱动。另外一个优点是避免了使用防冻剂。对这种系统的顾虑主要集中在对环境保护以及系统的使用年限上。目前大部分北美热泵制造商均提供这种直接膨胀的DX热泵系统。

    2.混合热源(Hybrid)系统:

    即采用地源和其它热源的混合方式。最主要的是地源和空气源的混合,这种混合方式运行的效率可以达到和完全埋管方式相当的水平,直接膨胀(DX)热泵系统埋管的规模是混合热源(Hybrid)系统的1/3~1/2。初期投资显著降低,系统的经济性明显提高。美国联邦能源管理委员会(FEMP)针对几个大型工程,分别使用了开式冷却塔,封闭式冷却塔和干式换热器作为空气源的能量交换设备,实际证明干式换热器的运行效果最好。在混合系统当中,合适的设计以及运行策略对系统的实际效率非常重要。其运行策略是通过室内需求,当时电价,室外空气温度以及地下循环温度的综合模型优化形成的。

    3.垂直立井(StandingColumnWell)系统:

    这种系统即不同于抽取地下水的开式系统,也不同于封闭的套管系统,而被认为是一种半开半闭系统。

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