地热热泵市场在2019年将迎来又一个强劲的年份。EnergyStar评级的地热热泵的30%无上限联邦所得税抵免额仍然完全有效。某些州级计划和电力公司还提供其他奖励措施。

使用太阳能光伏系统向家庭提供电能的兴趣也很浓,并且希望保持这种状态。在2018年,加利福尼亚州成为第一个 授权 到2020年,所有新房屋都将使用太阳能光伏系统。一些州和联邦的激励计划也慷慨地支持光伏安装。

年轻的购房者对“零净值”房屋的概念越来越感兴趣,这需要使用现场太阳能PV系统或合作的“社区级” PV系统提供的电力。德勤最近的一项研究发现 “ 64%的千禧一代消费者说增加太阳能的使用量”是他们的第一要务。 根据ECHOtape的2019年住房和建筑市场趋势,千禧一代目前在购房者中所占比例最大。

所有这一切都有一个明显的融合。使用可再生能源发电的地热热泵的组合,尤其是在两者都受到明显激励的时候,肯定会在新住宅建筑市场中引起人们的兴趣。

尽管地热热泵和太阳能光伏系统最终都将不得不在无补贴的市场中竞争,但应该这样做,但我们的政客们目前已经为“拿钱”付出了代价。为什么不利用这个机会来增加房屋的市场价值,或者不让该房屋获得利率更高的“绿色”抵押贷款呢?

现实检查: 很容易陷入地热热泵当前的嗡嗡声中。他们目前是暖通空调行业的“宠儿”,同时也是能源政策制定者,政治家和对减少碳足迹或其他利他主义优先项目感兴趣的潜在购买者的“宠儿”。 品尝味道很好,但是就像您所做的那样,请永远不要忘记您的客户仍然想要舒适,并且他们希望您作为舒适专业人士能够保持舒适。

我是负责任地使用可再生能源进行供暖和制冷的坚决拥护者,但我也是一名现实主义者。我的观点是,使用可再生能源进行供暖和制冷的系统必须提供与传统能源系统相同或更高的舒适度,才能在电动汽车中获得广泛认可。 没有补贴 否则 未操纵 市场。 

北美安装的大多数地热热泵都是水空气 热泵。他们使用水力发电技术从地下埋地环路中吸收热量,但通过管道式强制通风系统进行加热和冷却。 

尽管管道式强制空气分配系统已被广泛接受用于冷却,但是它们很难提供与精心设计和正确安装的水力加热分配系统所提供的舒适度相当的舒适度。 

那么,为什么不将地热热泵的热性能和可再生能源与“水力加热”的卓越舒适性“结合”呢?

图1

> FIGURE 1.

这是非常可行的: 第18页上的图1显示了一个住宅系统,该系统使用水对水地热源热泵结合水力发电技术来提供暖气和生活热水。它还将热泵产生的冷水与强制空气分配相结合进行冷却。 

2速热泵可提供标称的44,000 Btu / h的热输出和约36,000 Btu / h的冷量。在加热模式下,它来自水平接地回路,该回路由4个1英寸SDR-11,PE4710和200 psi HDPE管道的并联回路组成,每个回路长约1000英尺。该管道以“ 4 over 4”的布置埋在4英尺宽的水平沟槽中,如图2所示。

图2

> FIGURE 2.

四根管道埋在地面下方6英尺处。他们在战the尽头掉头,然后回到4英尺高的建筑物。这种回路设计特定于热泵的容量,建筑物的位置(纽约州​​北部)和土壤类型(重,湿粘土)。不同的情况可能需要不同的回路场设计。

管道通过八个(直径为3英寸)的孔(进入或钻入浇筑的混凝土墙)进入房屋的地下室。每个管道穿入口都配备有LinkSeal膨胀套环,以提供防水密封,如图3所示。

图3

> FIGURE 3.

四个回路在地下室机械室中汇合在一起。每个回路均以全通径球阀开始和结束。这些阀允许单独清洗,而不是同时清洗并联回路。如果必须同时清除所有回路,则单个回路清除所需的流量仅为所需流量的1/4。与必须同时清洗所有四个回路的标称2-HP清洗泵相比,这允许使用相对较小的清洗泵来完成这项工作。这种接地回路配置还消除了HDPE管道中任何对接缝的需求。

通过两个全通径球阀填充和清除接地回路。它们的放置与接地环循环器上的隔离法兰相结合,可以冲洗接地环,而不会使流量(和可能的碎屑)通过热泵。

接地回路子系统具有一个膨胀箱。有时会在“传统”接地回路设计中忽略此细节。理由是接地回路管道可以充分膨胀和收缩,以适应其中所含流体的膨胀和收缩。但是,HDPE管道和流体在 不同的利率, 这会导致一年中压力的显着变化(冬季压力较高,夏季压力较低)。膨胀罐的存在极大地减少了这些压力波动。 

带有磁环的组合式空气/污物分离器用于减少接地回路中的溶解空气含量,并捕获在初次填充和冲洗时未清除的任何残留污垢颗粒。磁性套环允许分离器的下碗收集可能存在的黑色金属颗粒。我认为,此功能应包含在使用带有ECM(例如永磁体)循环器的循环器的任何系统中。

总是看着: 根据119加仑缓冲液罐上部的传感器(STU)的温度打开和关闭热泵。当(STU)的温度降至105ºF或更低时,热泵和循环器(P2)将打开。热泵继续运行,直到(STU)处的温度达到或超过115º。 这种开/关控制动作与负载电路的加热需求无关。 这是基于在热水装置有需求的情况下,在水箱的上部保持足够温暖的水以预热生活用水。

生活用水的预热是在大型不锈钢热交换器中进行的。每当DHW需求达到或超过0.6 gpm时,循环器(PDHW)都会通过该热交换器的主侧提供流量,这由流量开关(FS1)进行了验证。冷的家用水逆流通过热交换器的次级侧。离开热交换器的生活用水应比蓄热箱顶部的温度低5º。

热交换器的生活用水入口和出口设有组合式隔离/冲洗阀。它们可以隔离那一侧,并用弱酸溶液冲洗,以消除潜在的水垢。

离开热交换器的预热生活水进入30加仑的电热水器,必要时温度达到“最高温度”。如果热泵停机维修,则该水箱还可以提供完整的DHW备用。 ASSE 1017防垢阀可确保出水温度不超过120º。

一个12KW的电锅炉及其相关的循环器与热泵并联地通过管道输送到缓冲罐。如果水箱温度降至100º或更低,则该锅炉和循环器运行。在正常的系统运行过程中,该锅炉应处于最小运行状态。主要是备用热源。

空间供暖由面板散热器和地板供暖系统共同提供。房屋主楼层瓷砖地板下的面板辐射和选定的地板采暖区域的大小可在设计负载条件下以110º的平均水温运行。地下室平板中的嵌入式管道回路通过电动混合阀提供。与室外供水温度重置控制相结合,可实现恒定循环。地下室由专用恒温器控制为单个区域。

主层分为两个区域。 1区负责处理厨房,餐厅和客厅。 2区负责处理卧室和浴室。图4显示了房屋主楼层的供热分配系统的布局。

图4

> FIGURE 4.

单个恒温器打开循环器(P5),该循环器以恒定压差模式运行,允许同时流过区域1中的面板散热器和地板回路。区域2中的面板散热器和地板回路均装有非电恒温装置阀,用于逐个房间调节温度。

房屋的附属车库板也通过嵌入式管道加热。这些回路通过钎焊板式热交换器提供,并在30%的抑制丙二醇溶液中运行。如果需要,这可以完全关闭车库供暖系统,而不会冻结。由于系统的这一部分被热交换器隔离,因此需要一个膨胀箱,泄压阀和填充/吹扫阀。

散热优先级: 当在同一系统中使用高质量和低质量的散热器时,在遇到挫折状况时,高质量的散热器总是有可能以高速率“吞噬”热量。这将暂时降低供应给低质量排放源的水温,可能会降低由低质量排放源服务的区域的不适感。在该系统中,通过准备将12 KW的电锅炉用作第二级热量输入,几乎消除了这种可能性。如果不存在该锅炉,那么当缓冲罐上部的温度下降到低于下设定值几度时,暂时限制向高质量排放器输入热量的控制策略是一个好主意。

冷静下来: 冷却由单个冷水空气处理器提供,该空气处理器为干线和支管系统供气。房屋被冷却为单个区域。进行冷却呼叫将启动控制器,以检查传感器(STM)处的缓冲罐温度。如果该温度高于60º,则热泵与循环器(P1)和(P2)一起以冷却模式打开。冷冻水通过循环器(PC)传送到空气调节器的盘管。来自热泵的冷水流量略高于通过空气处理盘管的流量。的 区别 在这两个流量之间进入缓冲罐。从空气处理器返回的水穿过缓冲罐的下部。这样可确保在冷却模式运行期间始终“吸收”一些储罐的热质量。 2速热泵在冷却过程中以低速运行,其容量与空气处理器和系统负载非常匹配。当满足冷却恒温器要求时,循环器(PC)关闭,但热泵和循环器(P2)继续运行,直到(STM)的温度降至50º。这有助于防止热泵短循环。它还将一些冷冻水停在缓冲罐中,一旦下一次致电要求冷却时,准备将其流到空气处理机中。向冷气机供应冷水的管道进入非常靠近水箱的上水箱集管。这使油箱能够为循环器(P2)和(PC)提供液压分离。所有装有冷冻水的管道都经过绝缘和蒸汽密封,以防止冷凝。

在制冷模式期间,用于按需生活用水预热的流量开关被禁用。只要热泵在制冷状态下运行,生活水就会被热泵减温器中的“自由”热量加热。 30加仑电热水器中的元件可以处理任何必要的“顶峰温度”。

有你的方式: 此系统上可能有几种变体。例如,分配系统可以是全辐射板,或者是所有板辐射器。冷却分配子系统可分为水侧或空气侧的区域。整个系统可以使用防冻解决方案来消除车库区域的钎焊板式热交换器。多个热泵可以在大负载的阶段配置中使用。所有这些配置都充分利用了低温水力加热器的优越舒适性。

 

阅读Siegenthaler的文章:地热舒适解决方案”(以pdf格式),请参阅此处。

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