地源熱泵在公路融雪除冰中的應用

地大熱能地源熱泵專(zhuān)家：地源熱泵作為一項可再生的、節能的和環(huán)保的技術(shù)，在國內正迎來(lái)前所未有的應用。

地源熱泵應用過(guò)程中出現的熱失衡問(wèn)題和道路融雪化冰的需求，探索道路融雪化冰-地源熱泵復合系統運行的可行性。

夏季根據建筑負荷的變化，采用地埋管直接供冷和機組供冷相結合的運行方式，冬季復合式系統為建筑供熱的同時(shí)，在下雪天為路面融雪化冰。模擬結果顯示夏季結束時(shí)，土壤溫度升高了 4.1℃，機組平均運行效率為 5.0；冬季供熱結束時(shí)，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。該復合式系統利用土壤的跨季節蓄熱，不僅解決了地源熱泵熱失衡問(wèn)題，同時(shí)提高了下雪天道路的安全系數，也有效地節約了能源。

傳統的道路除冰雪方法只能在降雪之后進(jìn)行，影響道路交通的正常運行，另一方面會(huì )對道路路面造成毀壞，并且還會(huì )對環(huán)境造成污染以及需要后續的處理。目前最熱門(mén)、最環(huán)保節能的方法是循環(huán)熱流體法，系統利用太陽(yáng)能集熱或地源熱泵和路面內的管道進(jìn)行熱交換。這個(gè)系統既能在夏季降低路面溫度，緩解城市微氣候，還可在冬季實(shí)現道路融雪化冰，可謂是一舉兩得，同時(shí)還可在以地源熱泵為建筑供冷供熱系統中，作為輔助的換熱設備平衡土壤的取/排熱量，提高機組的運行效率。

采用地源熱泵融雪化冰過(guò)程，土壤中儲存了一定的冷量，而土壤本身就是一個(gè)巨大的蓄能體，考慮到這一點(diǎn)，研究者開(kāi)始思考，目前大部分地源熱泵為建筑供熱供冷出現的問(wèn)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合式系統應用而生。

道路耦合地源熱泵系統運行過(guò)程主要是利用土壤實(shí)現能量的跨季節利用，單純的道路換熱系統也稱(chēng)為道路太陽(yáng)能系統，即道路在夏季作為集熱系統，吸收輻射到路面的太陽(yáng)光，通過(guò)地埋管將能量?jì)Υ嬖诘叵拢?a href="http://keyinmall.com/t/冬季.html" >冬季循環(huán)流體將熱量取出來(lái)供給建筑和路面，復合式道路融雪化冰-地源熱泵系統在夏季吸收建筑的余熱，通過(guò)地埋管將能量?jì)Υ嬖谕寥乐?，冬季取出供給建筑和路面熱量，復合式系統中建筑供冷向土壤中排放熱量過(guò)程代替道路太陽(yáng)能系統太陽(yáng)能集熱過(guò)程。

根據建筑負荷、機組 COP、系統季節運行時(shí)間和每天供冷供熱時(shí)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建筑的熱負荷和道路的融雪化冰熱量，為了滿(mǎn)足冬夏季冷熱量的需求，地源熱泵井數確定為8口井。

換熱系統從夏季開(kāi)始運行，過(guò)渡季節停止運行，冬季系統又重新開(kāi)啟，夏季系統吸收太陽(yáng)輻射將熱量?jì)Υ嬖谕寥乐?，冬季換熱流體在地埋管和路面換熱管中循環(huán)流動(dòng)，不斷的從土壤中取熱釋放給路面，實(shí)現融雪化冰。

道路融雪化冰系統只在下雪天運行，其余時(shí)間系統循環(huán)泵關(guān)閉，在此期間道路中的換熱管中充滿(mǎn)換熱流體，而系統不運行這段時(shí)間道路的溫度也有可能在0℃以下。

可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用是未來(lái)能源可持續發(fā)展的必然途徑，也是人類(lèi)改善居住環(huán)境的方式之一，而地源熱泵利用淺層地熱溫度恒定這一特點(diǎn)，在建筑供冷供熱發(fā)揮著(zhù)重要作用。