安装地源热泵系统前的地质注意事项
由于地源热泵系统的安装成本相对较高,重要的是要有地质数据和知识,以便将成本降至最低。此外,系统的高效设计还需要详细的地质信息,如地表和地下温度、土壤热特性、地下水位、流向和土壤类型等。地源热泵可以安装在几乎任何位置,但系统类型,开环或闭环;地面集热器回路的选择、水平或垂直回路以及回路的大小都取决于当地的地质条件。
影响地源热泵安装的地质因素
- 地面的热特性
- 热导率
- 热扩散率
- 温度
- 地下水
- 地面条件和岩土特性
地面的热特性
这是热量从地面或从管道传递到地面的速率。这可以通过测定地面的热导率和扩散率来确定。
热导率
导热率是材料导热的能力。热导率用傅里叶定律来计算热传导。导热系数低的材料的传热率比导热系数高的材料的传热率低。导热系数低的材料用作隔热材料,而导热系数高的材料用于散热器应用。
热导率随土壤/岩石孔隙度的增加而降低,但不同类型材料的变化量不同。一般来说,饱和岩石的热导率和比热增加。
热扩散率
热扩散率是热在介质中传递的速率。它测量材料从热侧到冷侧的热传递速率。国际单位制单位为m²/s。
含水饱和度高低对地面导热系数有显著影响。一般而言,饱和岩石的热扩散系数增强。
温度
在地下约15米深处,温度近似恒定,等于该地区的年平均气温。如果知道一个地区的位置和高度,它的年平均气温也可以估计出来。
地面吸收热量,并通过热扩散率向下传递。在最低气温时,地面温度一般略高,而在最高气温时,地面温度则较低。这种效应被用于地源热泵的加热和冷却功能。这种现象也可以在建筑物的地下室或地窖中观察到,那里夏季相对凉爽,冬季相对温暖。
地下水
土壤的热性质明显地受土壤饱和程度的影响,因此,它很容易影响地源热泵的效率,特别是闭环系统。
劣质地下水也可能是一个问题,因为总溶解固体含量高,特别是氯离子和硫酸根离子浓度高,可能会腐蚀某些套管材料。
当收集器回路位于具有显著地下水流动的含水层的地下水位以下时,热传输将发生远离现场。这可以带走热量或冷却从热交换器和带来新的冷却器或更温暖的水分别根据需要。但是这样的热干扰在很多情况下并不是恒定的、不可预测的,甚至是不可测量的,也会导致地源热泵工作中的问题。
地面条件和岩土特性
当安装地源热泵系统时,需要考虑以下地面工程方面来确认地源热泵土壤适宜性:
- 任何表面沉积物的厚度和性质
- 风化基岩的深度
- 基岩的强度地质和
- 任何危险的地面条件。
对这些方面进行评估是至关重要的,以确保设计了适当的地源热泵安装,使用了正确的安装方法(钻井或挖沟),并因此合理地计算了安装成本。