¿Aplicación de ingeniería y análisis del equilibrio térmico de la bomba de calor geotérmica?
Las bombas de calor geotérmicas pueden aumentar la energía térmica de bajo nivel en la tierra a través de bombas de calor en invierno para calentar edificios y al mismo tiempo reducir la temperatura en la tierra, es decir, almacenar energía fría para su uso. en verano. En verano, el calor del edificio se transfiere bajo tierra a través de una bomba de calor para enfriar el edificio, mientras que el calor se almacena bajo tierra para su uso en invierno. El sistema de bomba de calor geotérmico utiliza principalmente agua subterránea o agua superficial y roca y suelo como fuentes de calor de baja temperatura. El sistema de bomba de calor geotérmico consta de una unidad de bomba de calor de fuente de agua, un sistema de intercambio de energía geotérmica y un sistema de construcción. El sistema de bomba de calor geotérmico utiliza principalmente almacenamiento de energía superficial poco profundo, no está restringido por ubicación geográfica y puede usarse de forma ilimitada. Esta energía se llama energía renovable. La tecnología de bomba de calor geotérmica que utiliza esta energía renovable tiene las ventajas de ahorro de energía, alta eficiencia y bajos costos operativos.
1 Balance térmico de la bomba de calor geotérmica
1.1 Las cargas de refrigeración y calefacción en la capa superficial no están equilibradas.
La bomba de calor geotérmica es un intercambiador de calor geotérmico que extrae la energía de la diferencia de temperatura de la superficie poco profunda del terreno y luego difunde la fuente de calor y el disipador de calor a la superficie circundante a través de la unidad de bomba de calor. Por lo tanto, cuando se opera un sistema de bomba de calor geotérmico que utiliza energía térmica superficial poco profunda, es necesario considerar el equilibrio entre extraer energía térmica de la superficie poco profunda y liberar energía térmica durante todo el año. Esto es lo que a menudo llamamos equilibrio térmico de la bomba de calor geotérmica. Porque China tiene diferencias climáticas obvias, especialmente en la región noroeste. Esto ha llevado al desequilibrio de las cargas de refrigeración y calefacción en la superficie de los edificios en la mayoría de las zonas de nuestro país, provocando que las superficies de los edificios se encuentren en un estado de fuertes cargas de refrigeración y calefacción durante todo el año, e incluso provocando lo que llamamos suelo subterráneo. debido a la extracción y liberación inconsistente de calor de la superficie durante todo el año, el "calor acumulado" es en realidad un desequilibrio del calor del suelo. Si ocurre este problema, será difícil que el suelo de la tierra se repare a sí mismo, e incluso la energía del suelo de la tierra no podrá reciclarse. Ésta es la causa principal del desequilibrio térmico del suelo y este factor objetivo es difícil de cambiar. Si el suelo opera bajo "acumulación de calor" durante mucho tiempo, a menudo excederá la capacidad de disipación de calor del suelo, lo que eventualmente hará que la temperatura en el suelo se desvíe gradualmente de la temperatura original, lo que puede causar que la temperatura de la superficie poco profunda aumente continuamente. aumenta o disminuye, lo que provoca que la unidad de bomba de calor falle en verano. El efecto de enfriamiento y la eficiencia durante el funcionamiento se reducen seriamente, lo que en última instancia afecta la eficiencia operativa de la unidad de bomba de calor.
1.2 Cuestiones de diseño de las bombas de calor geotérmicas
Las bombas de calor geotérmicas funcionan de acuerdo con las reglas de extracción y liberación de energía térmica de la superficie poco profunda de la tierra, que puede enfriar la superficie. edificios en verano y mantenerlos calientes en invierno. Cuando la bomba de calor geotérmica funciona alternativamente en verano e invierno, la superficie del suelo se convierte en el medio portador y de transmisión de energía, que se propaga hacia afuera a lo largo del camino desde cerca de la tubería enterrada. La magnitud de la disminución o aumento de la temperatura del suelo dentro del radio de difusión térmica y la cantidad de difusión dentro de cada pozo son importantes. Esto se debe a que el suelo en sí es un enorme cuerpo de almacenamiento de energía. Cuando se almacena energía, el volumen de almacenamiento de energía seguirá aumentando, reduciendo así el rango de variación de la temperatura promedio del suelo. Por lo tanto, si los agujeros están razonablemente dispuestos dentro de una cierta distancia, no se producirá interferencia térmica entre las tuberías enterradas, lo que puede evitar la superposición continua de temperaturas y aliviar la situación en la que la temperatura del suelo continúa disminuyendo o aumentando rápidamente. Las bombas de calor geotérmicas funcionan bajo cargas pesadas de refrigeración y calefacción durante todo el año, lo que fácilmente puede causar problemas de equilibrio térmico y provocar una "acumulación de calor", aumentando así la diferencia de temperatura fría y caliente en el suelo terrestre y provocando un mayor impacto en la ecología. ambiente. Este tema siempre ha sido motivo de preocupación para todos. Según información relevante, la calidad de cada entorno ecológico está estrechamente relacionada con el flujo de calor que lo rodea. Las zonas con alto flujo de calor tienen mejores entornos ecológicos. Cuanto más completo sea el ecosistema, mejor será el entorno ecológico. El entorno ecológico en áreas de bajo flujo geotérmico es relativamente pobre y el flujo geotérmico afecta directamente el ecosistema de superficie de una región. La reducción de la energía del ecosistema afectará la diversidad del ecosistema de una región, afectando así la estabilidad del ecosistema de la región. El sistema de bomba de calor geotérmico pulsará el flujo geotérmico, y la fluctuación del flujo geotérmico afectará la distribución de la precipitación y la sequedad y humedad de un área. Por tanto, la diferencia de temperatura en esta zona aumenta paulatinamente, lo que tiene un gran impacto en el ecosistema de superficie.
2 Contramedidas para el balance térmico de las bombas de calor geotérmicas
2.1 Comprensión correcta de las bombas de calor geotérmicas
En primer lugar debemos comprender y comprender correctamente La esencia de las bombas de calor geotérmicas.
Algunas personas tienden a pensar que las bombas de calor geotérmicas son en realidad una tecnología que facilita el intercambio de calor superficial para fines de calefacción y aire acondicionado, y son una energía térmica inagotable a temperatura constante. De hecho, deberíamos utilizar la energía térmica en la "zona de temperatura constante" como un "cuerpo de almacenamiento de energía", es decir, liberar tanta energía térmica como sea posible del subsuelo para asegurar el equilibrio de la fuente de calor. Esta se ha convertido en la única solución disponible actualmente para diseñar y utilizar correctamente el sistema. La clave para resolver el problema del desequilibrio térmico de la tierra. Además, en áreas con una gran brecha de carga entre invierno y verano, primero se debe considerar si se deben instalar equipos auxiliares de fuentes de frío y calor para eliminar o reducir la energía térmica liberada por las tuberías subterráneas, especialmente en áreas del norte de mi país donde el calor. Si la carga es mayor que la carga de enfriamiento, se puede basar en la carga de enfriamiento de verano, la profundidad y la longitud del diseño de la tubería enterrada. Calor auxiliar como complemento a la energía solar o de caldera o solar. En áreas del sur de mi país donde la carga de refrigeración es mayor que la carga de calefacción, la profundidad y la longitud de las tuberías enterradas deben calcularse en función de la carga invernal para ayudar a la tecnología de recuperación de calor o las torres de refrigeración a reducir el impacto de los sistemas de calor geotérmicos. sobre la energía térmica del suelo subterráneo.
2.2 Reducir los intercambiadores de calor subterráneos
Para reducir el impacto de las bombas de calor geotérmicas en la superficie poco profunda, primero debemos reducir la densidad de los intercambiadores de calor de tuberías subterráneas y aumentar las tuberías subterráneas. intercambio de calor El área de diseño del dispositivo se limita fácilmente a la situación real. En los últimos años, la tecnología de tuberías enterradas con cimientos de pilotes puede resolver el problema del área insuficiente de tuberías enterradas hasta cierto punto, es decir, los intercambiadores de calor de tubos subterráneos en forma de U están enterrados en los cimientos de pilotes de concreto de los edificios, lo que expande el área de tuberías enterradas y. También forma una base de pilotes para el intercambio de calor con el terreno circundante, lo que reduce el costo de construcción de tuberías enterradas y perforadas. Finalmente, el espacio del suelo se reduce adaptando el intercambiador de calor enterrado en la base de pilotes. Los cimientos de pilotes de construcción tienen diferentes estructuras, lo que puede hacer que los cimientos de pilotes y la tubería en forma de U encajen perfectamente, reduciendo así la resistencia entre los dos y, en última instancia, mejorando la función de transferencia de calor del suelo.
Aplicación térmica de la bomba de calor geotérmica
Este artículo selecciona el funcionamiento térmico de la bomba de calor geotérmica en un edificio de oficinas en un área determinada como ejemplo de investigación. Primero, cree un modelo de un edificio de oficinas en la computadora, divida las áreas según funciones y luego divida los edificios según el tipo de edificio. Luego, tomando como referencia los dibujos arquitectónicos del edificio de oficinas, se utilizó el software DeST para construir el modelo arquitectónico. Luego consulte y compare en función de varios parámetros de datos, como los parámetros térmicos de la envolvente del edificio, los parámetros de diseño exterior, los parámetros de diseño interior, etc. Luego se utiliza para la simulación el software de simulación de carga DeST de la Universidad de Tsinghua. De acuerdo con los dibujos arquitectónicos del edificio de oficinas y los parámetros de diseño del aire acondicionado, se puede establecer el modelo de carga del edificio en el software de simulación de carga DeST, y luego se puede iniciar la simulación de carga dinámica horaria del aire acondicionado del edificio de oficinas y, finalmente, la carga horaria de Se puede obtener el edificio de oficinas. A partir de los datos se encontró que durante el funcionamiento real, el sistema de aire acondicionado de confort general no enfría durante la temporada de calefacción y, a veces, enciende la unidad para ajustar las cargas de refrigeración y calefacción durante la temporada de transición. A juzgar por los resultados de la simulación de carga horaria a lo largo del año, las correcciones razonables pueden hacer que los resultados de la simulación sean más consistentes con la realidad. Finalmente, el diagrama de carga horaria modificado debe analizarse siguiendo el principio local. Se encuentra que la carga de aire acondicionado es mayor en julio y agosto, y la carga máxima del período de aire acondicionado y calefacción ocurre de febrero a febrero. Según el cálculo de carga por hora, la carga de calefacción de diseño del edificio es menor que la carga de refrigeración de diseño, lo que provocará que la carga de diseño del aire acondicionado no pueda soportar la carga máxima, lo que resultará en un funcionamiento continuo. Por lo tanto, es muy necesario comprender las características operativas del sistema en condiciones de carga parcial para mejorar el funcionamiento del sistema.
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