地源熱泵技術(shù)在工程中的應(yīng)用

1、地源熱泵技術(shù)在工程中的應(yīng)用 地 源 熱 泵 技 術(shù) 在 工 程 中 的 應(yīng) 用王 毅中 核 第 四 研 究 設(shè) 計(jì) 工 程 有 限 公 司 河 北 石 家 莊 0 5 0 0 2 1摘要 : 地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源 (包括地下水、 土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能 的新能源節(jié)能技術(shù) , 本文就其背景 、 原理、 優(yōu)點(diǎn)等角度展開分析與研究 , 從低碳節(jié)能 、 環(huán)保、 安全、 便捷等方面, 對(duì)于地源熱泵技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,從而達(dá)到對(duì)地源熱泵 技術(shù)的推廣與應(yīng)用。關(guān)鍵詞:地源熱泵 ;可再生;低碳節(jié)能;維護(hù)費(fèi)用低中圖分類號(hào): k826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: a 文章編號(hào):1 引

2、 言1912地 源 熱 泵的 歷 史 可 以 追 朔到 年 瑞 士 的一 個(gè) 專 利 , 而 地源 熱 泵 真 正 意 義的 商 業(yè)應(yīng) 用 也 只 有 近 十 幾 年 的 歷 史 。 在 我 國 , 地 源 熱 泵 的 研 究 起 始 于 20 世 紀(jì) 50 年 代 , 1996年 至 2000 年 間 在山 東 、 北 京 、遼 寧 、 河 北 、江 蘇 、 上 海 等地 開 始 應(yīng) 用 于工 程 實(shí) 踐 , 最近幾年該項(xiàng)技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通界熱門的研究課題, 迅速發(fā)展起來, 地源熱泵技術(shù)正被越來越多的人們所了解。在我國, 煤炭作為主要能源, 長期以來在生產(chǎn)、 消費(fèi)中占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位

3、。 盡管近年來煤炭所占比例略有下降 , 但仍保持在 65% 以上, 并再次呈現(xiàn)出上升的跡象 , 只有減少煤炭的使用 , 大氣污染問題才有可能得到解決。 我國城鄉(xiāng)建筑發(fā)展迅速, 近幾年來每年建成的住宅面積,城鎮(zhèn)已至 4 5 億平方米,農(nóng)村則達(dá) 78 億平方米,其中供熱、空調(diào)的建筑 面積高達(dá) 6.5 億平方米。 與氣候條件接近的 發(fā)達(dá)國家相比,我國 居住建筑單3位面積供暖能耗為他們的 倍左右。 現(xiàn)在, 這些高能耗建筑冬季供暖與夏季空調(diào)的使用正日益普遍,解決它們所造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題已成為緊迫的需要。因此, 除了集中供熱的型式以外急需發(fā)展其它的替代供熱方式。 地源熱泵就是這樣一種可以有效節(jié)省

4、能源、減少大氣污染供熱和空調(diào)的新技術(shù)。2 地源 熱泵 的工作 原理地源 熱泵 也稱 地?zé)岜?是有 效的利 用土 壤的良 好蓄熱 及蓄 冷特性 進(jìn)行的 熱力 學(xué)逆循環(huán)即利用地下常溫土壤和地下水相對(duì)穩(wěn)定的特性, 通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水 , 采用熱泵原理 , 通過少量的高位電能輸入, 實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種工程應(yīng)用技術(shù)技術(shù)。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分: 室外地能換熱系統(tǒng)、 水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室內(nèi)采 暖空調(diào) 末端系 統(tǒng)。 其中水 源熱泵 機(jī)組主 要有兩 種形式 :水 - 水型 機(jī)組或 水 - 空氣 型機(jī)組。 三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞

5、, 水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水,與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。地源熱泵工作原理是 : 在夏季供冷時(shí), 地源熱泵技術(shù)利用地下環(huán)境溫度較低的特點(diǎn),地源 熱泵 機(jī)組 內(nèi)的 壓縮 機(jī)對(duì) 冷媒 做功 ,使 其進(jìn) 行汽 - 液轉(zhuǎn) 化的 循環(huán) 。通 過冷 媒 / 空氣 熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中, 在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過冷媒 / 水熱交換 器內(nèi)冷媒的冷凝, 由循環(huán)水路將冷媒中所攜帶的熱量吸收 , 最終通過室外 地 能 換 熱 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 移 至 地 下 水 或 土 壤里 。 在 室 內(nèi) 熱 量 通 過 室 內(nèi) 采 暖 空 調(diào) 末端 系 統(tǒng) 、 水 源 熱 泵

6、 機(jī) 組 系 統(tǒng) 和 室 外 地能 換 熱 系 統(tǒng) 不 斷 轉(zhuǎn) 移 至 地 下 的 過 程中 ,通 過 冷 媒 - 空 氣熱 交 換 器, 以 冷風(fēng)的 形 式 為 房 間 供 冷 。 地 源 熱 泵 與 冷 凝器 直 接 與 空 氣 環(huán) 境 進(jìn) 行 熱 交 換 的 普 通空 調(diào) 器 制 冷 相 比 , 比 普 通 空 調(diào) 節(jié) 能50% 以上 。 在冬季供熱時(shí), 地源熱泵系統(tǒng)通過埋藏在地下的管道將儲(chǔ)存在地下的熱能通過傳熱介質(zhì)吸收, 作為逆循環(huán)中的低溫?zé)嵩? 通過輸入少量的高位電能使熱泵壓縮機(jī)完成逆循環(huán), 并向用戶提供高品位的熱能。根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同 , 地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)

7、和地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。3 地源 熱泵 的優(yōu)點(diǎn)3.1 、 地 源熱 泵技 術(shù) 屬可 再生 能源 利 用技 術(shù) 地源熱 泵是利用了 地球表面淺層 地?zé)豳Y400源 ( 通常小于 米深 ) 作為冷熱源, 進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng) 。 地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能 , 是指地表土壤 、 地下水或河流 、 湖泊中吸收太陽能 、 地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能 。 地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器, 收集了 47%的太陽能量, 比人類每年利用能量的 500 倍還多。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在 。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源, 使得地能也成為清潔的可再生能源一

8、種形式。3.2 、 地 源熱 泵屬 經(jīng) 濟(jì) 有 效的 低碳 節(jié) 能技 術(shù) 地能或 地表淺層地 熱資源的溫度 一年四季相對(duì)穩(wěn)定 , 冬季比環(huán)境空氣溫度高, 夏季比環(huán)境空氣溫度低, 是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源 , 這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高 40% , 因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 40% 左右。另外,地能溫度較恒定的特性,使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠 、 穩(wěn)定 , 也 保 證 了 系 統(tǒng) 的 高 效 性 和 經(jīng) 濟(jì) 性 。 據(jù) 美 國 環(huán) 保 署 e p a 估 計(jì) , 設(shè) 計(jì) 安 裝 良 好 的 地 源30 40熱泵,平均來說可以節(jié)約用戶 %的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。3.3 、地

9、 源熱 泵環(huán) 境效 益顯 著 地源熱泵 的污染物排放, 與空氣源熱泵相 比,相當(dāng)于減 少 40 % 以 上, 與 電 供 暖相 比 , 相 當(dāng) 于減 少 70 % 以 上, 如 果 結(jié) 合其 它 節(jié) 能 措 施節(jié) 能 減排會(huì)更明顯 。 雖然也采用制冷劑, 但比常規(guī)空調(diào)裝置減少 25%的充灌量; 屬自含式系統(tǒng),即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好,因此,制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。據(jù)測(cè)算 ,40 “ ” 100若 安 裝 地 源 熱 泵 萬 臺(tái) , 和 采 用 化 石 能 源 比 , 相 當(dāng) 于 降 低 溫 室 氣 體 排 放 萬 噸 ,和 50 萬 輛 汽車 的 污 染 排放 物 。 同 時(shí) ,熱

10、 泵 空 調(diào) 在每 個(gè) 房 間 都有 單 獨(dú) 的 能量 分 配 器 , 可以自主調(diào)節(jié)溫度。3.4 、地 源熱 泵空 調(diào)系 統(tǒng)維 護(hù)費(fèi) 用 低 在同等條 件下 , 采用地源 熱泵系統(tǒng)的建 筑物能夠減少維護(hù)費(fèi)用。與鍋爐 電、燃料 供熱系統(tǒng)相比,鍋爐供熱只能將 90% 以上的電能 或70% 90% 的燃 料內(nèi) 能為熱 量,供 用戶 使用, 因此地 源熱 泵要比 電鍋 爐加熱 節(jié)省三 分之二以上的電能 , 比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量; 由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定 , 一般為 10 25, 其制冷、 制熱系數(shù)可達(dá) 3.54.4, 其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的 50 60% 。 地源熱泵的機(jī)械

11、運(yùn)動(dòng)部件非常少, 所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi),從而避免了室外的惡劣氣候,其地下部分可保證 50 年,地上部分可保證 30 年,因此地源熱泵是免維護(hù)空調(diào),節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。4 地源 熱泵 的缺點(diǎn)4.1 、 地源熱泵技術(shù)受限于 當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件, 若地質(zhì)為土壤層或沙層, 鉆孔費(fèi)用相對(duì)便宜, 采用較深的豎直埋管, 節(jié)約投資、 換熱性能好、 并可節(jié)約用地 ; 若地質(zhì)為卵石或巖石層,鉆孔費(fèi)用高且鉆孔較難成功。4.2、 地源熱泵的單井換熱量受地質(zhì)層含水的多少及水位的高低影響 , 水位高、 含水量大單井換熱量就大,反之就小。4.3 、由于單井換熱量有限,所以地源井單井?dāng)?shù)量較多,因此影響初投資偏高 。5

12、地源 熱泵 技術(shù)在 運(yùn)用 中取得 的收 益地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是目前國際上最先進(jìn)的中央空調(diào)系統(tǒng), 它的制熱量/ 制冷量和4.0 1k w所 消 耗 的 電 功 率 之 間 的 比 值 全 年 平 均 高 于 以 上 , 即 輸 入 的 電 能 , 就 能 夠 得 到4k w 以上 的熱 能。 制熱 能耗量 較其 他采 暖方 式減少 50% - 70% ;制 冷能 耗量 較其 他制冷方式減少 40% - 60% 。因此,地源熱泵技術(shù)會(huì)節(jié)省大量的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。6 結(jié)束 語隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,環(huán)境和能源問題越來越受到國際社會(huì)和我國政府的重視, 這使得暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員不得不尋找更先進(jìn)、 節(jié)能、 環(huán)保

13、的空調(diào)采暖技術(shù)。 地源熱泵技術(shù)作為一種可持續(xù)發(fā)展的綠色能源技術(shù),其高效節(jié)能的特點(diǎn)完全符合節(jié)能減排的要求, 再加上我國擁有著 豐富的地?zé)豳Y源, 所以 , 我們應(yīng)該抓住這一良機(jī), 加速地?zé)岬拈_發(fā)利用,為我國可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。參 考 文 獻(xiàn) : 1 王 宇 航 , 陳 友 明 , 伍 佳 鴻 等地 源 熱 泵 的 研 究 與 應(yīng) 用 j 建 筑 熱 能 通 風(fēng) 空 調(diào) , 2 0 0 4 , 2 3 ( 4 ) : 3 0 - 3 5 2 刁 乃 仁 , 方 肇 洪地 源 熱 泵 ? 建 筑 節(jié) 能 新 技 術(shù) j 建 筑 熱 能 通 風(fēng) 空 調(diào) , 2 0 0 4 , 2 3 ( 3 ) : 1 8 - 2 3 3 馬 最 良 ,