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利用地热、太阳能资源的生态住宅空调系统

发布日期:2017-08-18 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 1764 作者:[db:作者]

核心提示:  利用地热、太阳能资源的生态住宅空调系统钱惠国(上海应用技术学院环境与能源工程系,上海,200235)的初步方程,阐述了地埋式换热器的土建施工方案,表明该设备有着广阔地市场发展前景。  地表浅层是一

  利用地热、太阳能资源的生态住宅空调系统钱惠国(上海应用技术学院环境与能源工程系,上海,200235)的初步方程,阐述了地埋式换热器的土建施工方案,表明该设备有着广阔地市场发展前景。

  地表浅层是一个巨大的太阳集热器,收集了约47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。地热资源、太阳能资源是一种很普遍的资源,利用地球表面浅层地热资源作为热源或热汇,它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在,这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式,我们可以根据不同的需要加以利用。特别是对于上海等沿海地区,地下水位高,在冬季近地下水位处,地下温度比环境温度高,而在夏季,地下温度则比环境温度低,根据这个特点,可以利用它们之间的温差,将地下的能量传输到居室来,以改善我们的居住环境。开发利用地下的冷源,来解决民居住宅夏季的空气调节问题是值得尝试的方法。

  1地热(冷)资源利用的方法几年前,江浙等地区厂家生产出采用以地下水为冷源的空气调节装置,其原理就是将地下水直接送入表冷器(风机盘管),来冷却室内空气,达到调节温度的要求,冷却水经过循环后有的重新回入地下,但是大部分则排入外部环境,极大地浪费了宝贵的地下水资源,同时也造成了该地区表面的凹陷等严重现象,一段时间后,在有关部门的干预下,禁止了这种危害我们地球的行为。

  但是,作为地下丰富的冷量我们应该足够重视,有关资料显示表明:沿海地区夏季的地下水位处温度为8~10°C,冬季的地下水位处温度则为10~ 12°C,研究开发既能保护我们自然环境又能使资源得到充分利用的空气调节系统有着实现的可能性。同时,随着人民生活水平的提高,城市生态住宅(绿色住宅)已越来越多的受到市民的青睐,作为生态住宅建设标准必须要求有一定比例地利用可再生资源的能量,因此未来住宅必将会大量利用地热(冷)能量,减少对环境的污染,这也将极大地促进生态住宅空调系统的开发研究。欧美国家早在20世纪中叶已经开始开发利用地热资源,在20世纪末,美国在能源部的直接资助下开展了大规模的研究,为地热资源的推广利用起到了积极的作用。

  利用地热、太阳能资源的生态住宅空调系统即在别墅、住宅区安装地埋式换热器群和在房顶安置太阳能集热器,依靠地热资源和太阳的能量来实现对房屋的直接集中供热供冷(不使用氟利昂等制冷剂),达到室内温度调节的空调系统。地埋式换热器采用二组(或多组),交叉使用,以水作为载冷剂,考虑到管道埋于地下较深,受压较大,所以在管道内加/+“字型插入件,以加强抗压能力,同时提高了其中间介质侧的综合传热能力(综合导热系数),在每组换热器出水口安装有测温探头,用于控制换热器的切换,当一组地下换热器能力下降时,能自动切换另一换热器,使过热组地埋式换热器在地下起到蓄/冷”的作用。而在冬季,通过换向阀切换,利用太阳能和煤气热水锅炉组合作为空调箱热源来加热室内空气,从而改善居室环境,如所示。

  2地下埋入式换热器的计算初步地下水热量运移是一个非常复杂的过程,同时存在地下水流和热量在含水介质中的传输。热量输运过程不仅与地下水及其所在的介质有关,而且与地下水的运动状态有密切的关系。通常,在用数值方法求解地下水热量运移问题时,常常会遇到两个较为突出的问题:一是很难求得地下水在某一点的水流速度;二是解对流扩散方程,特别是在对流占优的情况下,常会出现数值振荡和数值弥散现象。地下水热量运移的数学模型是由地下水流模型、热量输运模型以及耦合这两个模型的地下水流运动方程构成的。

  (1)对于二维问题假设不考虑由于温度差引起水的密度不均而造成的自然对流作用,地下水流模型为:水流运动方程为:(2)假设地下水和含水层骨架的热动平衡是瞬时完成的,二维地下水热量输运模型为:

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