【論文】帶熱水供應(yīng)的地源熱泵機(jī)組研究

1、. 帶熱水供應(yīng)的地源熱泵機(jī)組研究論文,理工論文論文,論文帶熱水供應(yīng)的地源熱泵機(jī)組研究 摘要： 通過對普通地源熱泵機(jī)組的改進(jìn)，在機(jī)組中增設(shè)生活熱水加熱器，使之成為帶熱水供應(yīng)的地源熱泵機(jī)組。機(jī)組運(yùn)行時，高溫高壓的壓縮機(jī)過熱蒸汽首先加熱生活熱水器中的自來水，然后才通過冷凝器。因此，機(jī)組在夏季運(yùn)行時，可免費(fèi)加熱生活熱水；冬季運(yùn)行時，如需要生活熱水，則犧牲部分供熱量，來加熱所需的生活熱水，當(dāng)無需生活熱水時，則完全供熱運(yùn)行。由于此機(jī)組是以土壤或地下水作為低位熱源，機(jī)組運(yùn)行性能穩(wěn)定，冬季運(yùn)行時，系統(tǒng)能效比高達(dá)3.72。整個冬季運(yùn)行時，測試所得的供暖和生活熱水費(fèi)用很低，約為燃?xì)饧泄岬?3左右，因此此機(jī)組市

2、場前景廣闊。 關(guān)鍵詞： 地源熱泵 熱泵機(jī)組 生活熱水 能效比1 概述 地源熱泵（Ground Source Heat Pump）技術(shù)是利用大地作為低位熱源，通常是利用地球表面淺層水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太陽能和地?zé)崮?，并?yīng)用熱泵原理，對建筑物進(jìn)行冬季供暖、夏季制冷。 地球表面淺層水源如深度在100米以內(nèi)的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太陽進(jìn)入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰浚⑶覝囟纫话愣枷鄬Ψ€(wěn)定。地源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源或土壤中蓄存起來，而冬季，則從水源或土壤中提取能量供給建筑物使用。 地源熱泵的名稱最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文獻(xiàn)中 ，但真正意義

3、的商業(yè)應(yīng)用也就十幾年的歷史，但發(fā)展相當(dāng)迅速。如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45,000臺，到目前為止已安裝了400,000臺，而且每年以10的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中新建筑中占30。 中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，采用地下埋管（埋深統(tǒng)計(jì)，家用供熱裝置中，地源熱泵所占比例較高，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27。同時，中、北歐海水源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。 在我國，地源熱泵的應(yīng)用才剛剛起步，但發(fā)展?jié)摿κ志薮?。一方面，隨著城市環(huán)境問題的日益重視和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，北

4、方地區(qū)新建小區(qū)一般不能使用燃煤鍋爐房供熱，以何種方式解決這些新建小區(qū)的供熱問題成為目前住宅建設(shè)中的大問題。另一方面，近年來我國住宅空調(diào)安裝率迅速增長。上海居民住宅空調(diào)擁有率已超過60，北京也達(dá)到34，城鎮(zhèn)居民住宅平均擁有率已達(dá)20，并且目前家用空調(diào)擁有率仍在飛速增長。這樣，對于我國的廣大地區(qū)，住宅環(huán)境就不再僅僅是采暖問題，而是要統(tǒng)一考慮供暖和制冷的需求。借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，采用地源熱泵方式可能成為滿足這種要求的最佳方式。 通過對普通的地源熱泵機(jī)組研究，對系統(tǒng)流程進(jìn)行了改進(jìn)，使普通的地源熱泵機(jī)組在供熱或制冷的同時，供應(yīng)生活熱水，做到一機(jī)多用，節(jié)約初投資。 2 機(jī)組原理 冬季制熱運(yùn)行時，壓縮機(jī)高溫

5、高壓的排氣首先通過生活熱水換熱器，加熱生活熱水（當(dāng)無需生活熱水時，則不發(fā)生熱交換），然后由四通換向閥進(jìn)入負(fù)載換熱器即冷凝器，加熱末端循環(huán)水。冷凝后的制冷劑液體通過膨脹閥節(jié)流降壓進(jìn)入源換熱器即蒸發(fā)器，吸收來自井水的熱量后蒸發(fā)，最后通過四通換向閥進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。在冬季運(yùn)行時，為了防止井水溫度較低時，壓縮機(jī)保護(hù)停機(jī)，在系統(tǒng)中設(shè)置了能量調(diào)節(jié)器。當(dāng)井水溫度低至設(shè)定值時，旁通部分排氣直接進(jìn)入壓縮機(jī)，使流經(jīng)蒸發(fā)器的制冷劑流量減小，從而減小蒸發(fā)器的負(fù)荷。 夏季運(yùn)行時，壓縮機(jī)高溫高壓的排氣也是先通過生活熱水換熱器，“免費(fèi)”加熱生活熱水，剩余的冷凝熱由源換熱器即此時的冷凝器承擔(dān)，冷凝后經(jīng)節(jié)流降壓進(jìn)入負(fù)載換熱器即此

6、時的蒸發(fā)器，吸收來自建筑物的熱量后蒸發(fā)，再由四通換向閥進(jìn)入壓縮機(jī)。在夏季運(yùn)行時，普通的熱泵機(jī)組是把冷凝熱釋放到井水中，而此機(jī)組可以回收這部分熱量用于加熱生活熱水，因此只要機(jī)組制冷運(yùn)行，那么這部分熱量是完全免費(fèi)的，而且可以提高機(jī)組的性能。 在過渡季，當(dāng)用戶無需供熱或制冷時，可以把此機(jī)組設(shè)置在制熱狀態(tài)，作為一臺純制取生活熱水的“熱水機(jī)”使用。因此，此機(jī)組具有一機(jī)多用的功能。 NextPage 3 試驗(yàn)樣機(jī)及實(shí)測結(jié)果 3.1試驗(yàn)樣機(jī) 根據(jù)以上的原理，在制作試驗(yàn)樣機(jī)時，作了一些變動，主要是把氟路換向改為水路換向，即取消四通換向閥，在水路上設(shè)置換向閥組V1、V2、V3、V4和V5、V6、V7、V8。其系

7、統(tǒng)圖見圖2。 此機(jī)組采用一臺7HP渦旋式壓縮機(jī)，生活熱水罐的容積為80L，應(yīng)用在一聯(lián)體別墅中。別墅的建筑面積約180m2，分上下兩層，空調(diào)末端為風(fēng)機(jī)盤管。冬季制熱運(yùn)行時，閥V1、V3、V5和V7關(guān)閉，閥V2、V4、V6和V8打開；夏季制冷運(yùn)行時，則閥V1、V3、V5和V7打開，閥V2、V4、V6和V8關(guān)閉。 3.2現(xiàn)場檢測結(jié)果 現(xiàn)場運(yùn)行效果測試委托“國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”進(jìn)行。測試的儀器見表1，測試結(jié)果見表2。 圖2帶熱水供應(yīng)的熱泵機(jī)組系統(tǒng)圖 表1檢測儀器 儀器名稱范圍準(zhǔn)確度1/10刻度玻璃水銀溫度計(jì)(國產(chǎn))3020，050，0100±0.1數(shù)字功率表WT130(日本)040

8、0A/5A±5f.SFLB型超聲波流量計(jì)(日本)016m/s±0.03m/s(<2m/s)電子秒表(國產(chǎn))/0.01sHm34數(shù)字式溫濕度儀(芬蘭)2060，090RH±0.3，±2RH表2制熱工況測試數(shù)據(jù)（帶熱水供應(yīng)） 時間水源側(cè)用戶側(cè)耗電井水溫度井水水量 (m3/h)熱水溫度熱水水量 (m3/h)壓機(jī)輸入功率 (kW)水泵輸入功率 (kW)總輸入功率 (kW)供水 ()回水 ()供水 ()回水 ()15:2011.57.82.56544.237.61.9704.80.245.0415:3011.47.52.57944.537.91.9764.8

9、0.245.0415:4011.37.52.56044.437.71.9764.80.245.0415;5011.37.52.56544.337.61.9764.80.245.0416:0011.27.52.56544.237.61.9764.80.245.0416:1011.57.62.56744.237.61.9754.80.245.04平均值11.47.62.56744.337.71.9754.80.245.04制熱量(kW)15.16COP3.0備注1.室外溫度：0.7 2.一層室內(nèi)平均溫度：21.5，二層室內(nèi)平均溫度：22.5 3.檢測時間段內(nèi)，生活熱水出水溫度為50，提供的生活熱水

10、水量為80kgNextPage 3.3冬季運(yùn)行能耗 為了更全面了解帶熱水供應(yīng)熱泵機(jī)組的運(yùn)行情況和運(yùn)行費(fèi)用，對應(yīng)用此類熱泵機(jī)組的某小區(qū)進(jìn)行了跟蹤檢測，測試結(jié)果見表3。 表3冬季運(yùn)行費(fèi)用檢測數(shù)據(jù)（帶熱水供應(yīng)） 單元號用電量運(yùn)行費(fèi)用備注總用電量 (kWh/季)每m2用電量 (kWh/m2·季)總費(fèi)用 (元/季)每m2費(fèi)用 (元/m2·季)9-1507631.721994.8712.59-2651840.742561.5716.09-4668541.782627.2016.48-1538033.622114.3413.28-3682742.672683.0116.87-245822

11、8.641800.7311.36-1513032.062016.0912.66-4919457.463613.2422.65-2566735.422227.1313.95-3949959.373733.1123.3外教合計(jì)6455825371.29平均6455.844.382537.115.86 注：電價按0.47元/kWh計(jì)算。 3.4測試結(jié)果分析 從現(xiàn)場測試結(jié)果表2中可以發(fā)現(xiàn)，在測試的50分鐘內(nèi)，此機(jī)組除了供熱外，還供應(yīng)了80kg溫度為50的生活熱水。自來水溫度按18計(jì)算，則相當(dāng)于生活熱水的熱負(fù)荷為3.57kW，則此機(jī)組總的供熱負(fù)荷為18.73kW，此系統(tǒng)的能效比EER為 另外，末端的循環(huán)水流量偏小，有可能影響機(jī)組性能，應(yīng)把末端循環(huán)泵的流量加大到2.8m3/h較合適。 從冬季運(yùn)行測試結(jié)果表3中可以發(fā)現(xiàn)，此類機(jī)組整個冬季運(yùn)行費(fèi)用相對較低，10個用戶的平均費(fèi)用為15.86元/(m2.季)，僅為燃?xì)饧惺焦┡到y(tǒng)的52.9%（燃?xì)饧泄┡本?0元/(m2.年)）,甚至比燃煤鍋爐房供暖的費(fèi)用還要低，節(jié)能效果十分明顯。 結(jié)論 通過實(shí)測結(jié)果分析，可以得到以