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文檔簡(jiǎn)介
1、水源熱泵原理與技術(shù)水源熱泵原理是一種利用地球表面或淺層水源(如地下水、河流和湖泊),或者是人工再生水源(工業(yè)廢水、地?zé)嵛菜龋┑牡蜏氐臀粺崮苜Y源,采用熱泵原理,通過(guò)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,既可供熱又可制冷的高效、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵原理圖地球表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中,吸收了太陽(yáng)進(jìn)入地球相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?,并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中,由于水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,而冬季,則從水源中提取能量,由熱泵原理通過(guò)空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消
2、耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。水源熱泵機(jī)組如何分類(lèi)?水源熱泵中央空調(diào)是一種以電為動(dòng)力、以水為冷、熱源載體的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng),通過(guò)壓縮制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)和熱泵循環(huán),實(shí)現(xiàn)空調(diào)的供冷和供熱。夏季、水作為冷卻載體。將室內(nèi)熱量帶至室外;冬季,水作為熱源載體,通過(guò)制冷系統(tǒng)的熱泵循環(huán)作用,將熱量送入室內(nèi)。其最大的特點(diǎn)是:各終端空調(diào)用戶均獨(dú)立設(shè)置有水源熱泵空調(diào)機(jī)組,水系統(tǒng)集中設(shè)置。在夏季,送往各空調(diào)終端的不是空調(diào)冷水,而是冷卻水,冬季,送往各空調(diào)終端的不是50-60的空調(diào)熱水,而只需15-25低品位的熱源水或工業(yè)余熱水。在地下水資源豐富的地區(qū),可充分利用淺層地下水資源,并進(jìn)行完全回灌;在
3、不便于利用地下水的地方,夏季可采用冷卻塔循環(huán)供應(yīng)冷卻水,冬季通過(guò)熱水鍋爐、工業(yè)余熱等供應(yīng)低品位熱源水(15-25)。由于機(jī)組采取了特殊的結(jié)構(gòu),使噪音大幅降低,機(jī)組可置于室內(nèi)衛(wèi)生間、天棚之內(nèi)等,安裝靈活。機(jī)組結(jié)構(gòu)形式設(shè)有暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管式樣、吊裝柜式、臥式、立式等,了根據(jù)需要靈活選擇,水源熱泵空調(diào)機(jī)組可廣泛用于寫(xiě)字樓、賓館、銀行、商場(chǎng)、學(xué)校、別墅、公寓等。是中華人民共和國(guó)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ134-2001,J116-2001推薦使用的空調(diào)器。一、冷熱水機(jī)組1.機(jī)組特點(diǎn):全板式換熱器,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小全不銹鋼外殼,造型美觀,永不生銹,可戶外安裝。多重隔音,噪音低熱泵供熱,無(wú)需鍋爐2.
4、地下水式工況條件:制冷工況:使用側(cè)進(jìn)出溫度12/7熱源側(cè)進(jìn)出水溫度18/29和18/25制熱工況:使用側(cè)進(jìn)出水溫度40熱源側(cè)進(jìn)出水溫度153.水環(huán)式工況條件:制冷工況:使用側(cè)進(jìn)出水溫度12/7熱源側(cè)進(jìn)出水溫度30/35二、整體式新風(fēng)機(jī)組1.機(jī)組特點(diǎn):微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重鼓掌保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。采用品牌壓縮機(jī),節(jié)能低噪,可靠性高。多回路制冷系統(tǒng),能量調(diào)節(jié)方便。防腐雙面噴塑外殼。采用整體不銹鋼底盤(pán),永不生銹。2.工況條件:制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度35/28水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和18/25制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度7水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)
5、溫度20地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50三、整體暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組1.機(jī)組特點(diǎn)微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。采用專(zhuān)利技術(shù),降噪效果明顯。采用獨(dú)特的冷凝水加熱技術(shù)。結(jié)構(gòu)緊湊,節(jié)省安裝空間。采用整體不銹鋼底盤(pán),永不生銹。2.工況條件:制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度27/19水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/25 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度20/15 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50 機(jī)外靜壓:0Pa。靜壓型機(jī)組可特殊訂貨。 四、整體吊裝柜式機(jī)組
6、1.機(jī)組特點(diǎn) 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 高效低噪音離心風(fēng)機(jī),運(yùn)行寧?kù)o。 可方便選擇安裝位置,保養(yǎng)方便。 高效換熱器,換熱系數(shù)高。 采用整體不銹鋼底盤(pán),永不生銹。 2.工況條件: 制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度27/19 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35 地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/25 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度20/15 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)水溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50 五、整體立柜式機(jī)組 1.機(jī)組特點(diǎn) 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 采用品牌壓縮機(jī),節(jié)能低噪,可靠性高
7、。 多回路制冷系統(tǒng),能量調(diào)節(jié)方便。 防腐雙面噴塑外殼。 2.工況條件: 制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度27/19 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35 地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/25 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度20/15 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50 六、整體吊裝復(fù)合式新風(fēng)機(jī)組 1.機(jī)組特點(diǎn) 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 高效低噪音離心構(gòu)機(jī),運(yùn)行寧?kù)o。 百葉窗式鋁翅片換熱器,換熱效率高。 鋁合金框架,外形美觀。 采用整體不銹鋼底盤(pán),永不生銹。2.工況條件:制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度32
8、/28熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度7 熱源側(cè)進(jìn)水15 七、分體暗裝風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組 1.機(jī)組特點(diǎn) 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 選用大葉輪低轉(zhuǎn)速風(fēng)機(jī),風(fēng)量大,噪聲低。 選用對(duì)稱型的設(shè)計(jì),接管及回風(fēng)口位置依現(xiàn)場(chǎng)需要而改變。 一次性成型冷凝水盤(pán),外涂防水涂層,外貼保溫材料。 2.工況條件: 制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度27/19 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35 地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/29 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度20/15 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度20 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50 機(jī)外
9、靜壓:0Pa。 靜壓型機(jī)組可特殊訂貨。 八、分體吊裝柜式機(jī)組 1.機(jī)組特點(diǎn) 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 高效、大功率風(fēng)機(jī),高靜壓。 高效換熱器,體積小,重量輕。 鋁合金框回,外形美觀。 2.工況條件: 制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度27/19 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35 地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/25 制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度20/15 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50 九、分體吊裝柜式新風(fēng)機(jī)組 1.機(jī)組特點(diǎn): 微電腦自動(dòng)控制;故障自診斷,多重故障保護(hù),可實(shí)現(xiàn)線控和遙控。 雙進(jìn)風(fēng)
10、離心風(fēng)出,經(jīng)嚴(yán)格動(dòng)靜平衡試驗(yàn),振動(dòng)小,噪音底。 進(jìn)風(fēng)口過(guò)濾,保證新風(fēng)質(zhì)量。 高效隔熱隔音阻燃保溫材料。 鋁合金框架,外形美觀。 2.工況條件: 制冷:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球/濕球溫度35/28 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度30/35 地下水式熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度18/29和和18/25制熱:使用側(cè)進(jìn)風(fēng)干球溫度7 水環(huán)式熱源側(cè)進(jìn)溫度20 地下水式熱源側(cè)進(jìn)水溫度15 雙盤(pán)管熱源側(cè)進(jìn)/出水溫度60/50地源熱泵和水源熱泵區(qū)別分析從定義上比較地源熱泵和水源熱泵區(qū)別:水源熱泵和地源熱泵都是從地位熱源的選取來(lái)定義的,水源熱泵通常指地位熱源來(lái)源于地表水、地下水、海水、污水;地源熱泵有時(shí)也被稱為土壤源熱泵,但是地下水作為低
11、位熱源的也可稱為地源熱泵。此外,水環(huán)熱泵也可稱為水源熱泵。定義的角度不一樣,叫法也就不一樣。采用冷卻塔散熱的系統(tǒng)不能稱為水源熱泵,直埋地下的如果采用的是打井的方式,利用井水應(yīng)該成為水源熱泵,否則為土壤源熱泵。從叫法上比較地源熱泵和水源熱泵區(qū)別:水源熱泵和地源熱泵以前確實(shí)叫法很亂,已經(jīng)出臺(tái)的地源熱泵相關(guān)規(guī)范,其中對(duì)叫法范圍作了明確說(shuō)明:地源熱泵指所有使用大地作為冷熱源的熱泵全部稱為地源熱泵,包括土壤熱泵(即地耦合熱泵),地下水熱泵,地表水熱泵(包括江河湖海的水)等,這是為區(qū)別水環(huán)熱泵而說(shuō)的。 水源熱泵則是總稱,包括所有以水作為冷熱源的熱泵,當(dāng)然也包括土壤熱泵和水環(huán)熱泵了,這是為區(qū)別空氣源熱泵(風(fēng)
12、冷熱泵)而說(shuō)的。所以從大分類(lèi)來(lái)說(shuō),水源熱泵包括地源熱泵和水環(huán)熱泵還有一些特殊的利用低位熱水能量的熱泵(比如利用工業(yè)廢水或發(fā)電廠冷卻循環(huán)水梯級(jí)利用等)??傊?jiǎn)單的說(shuō)地源熱泵是泛指土壤源熱泵、地表水、地下水、海水、污水源熱泵。但現(xiàn)在人們習(xí)慣上把土壤源熱泵叫地源熱泵,把地表水、地下水、海水、污水源熱泵叫水源熱泵。從分類(lèi)和優(yōu)點(diǎn)上比較地源熱泵和水源熱泵區(qū)別:1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水熱泵系統(tǒng),也就是通常所說(shuō)的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。通過(guò)建造抽水井群將地下水抽出,通過(guò)二次換熱或直接送至水源熱泵機(jī)組,經(jīng)提取熱量或釋放熱量后,由回灌井群灌回地下。其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì),占地
13、面積小,但要注意必須符合下列條件:水質(zhì)良好;水量豐富;回灌可靠;符合標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于垂直式埋管系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)有:較小的土地占用,管路及水泵用電少,其缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高;對(duì)于水平式埋管系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)有:安裝費(fèi)用比垂直式埋管系統(tǒng)低,應(yīng)用廣泛,使用者易于掌握,其缺點(diǎn)有:占地面積大,受地面溫度影響大,水泵耗電量大。)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水熱泵系統(tǒng)。通過(guò)直接抽取或者間接換熱的方式,利用包括江水、河水、湖水、水庫(kù)水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。 其優(yōu)點(diǎn)有:在10米或更深的湖中,可提供10的直接制冷,比地下埋管系統(tǒng)投資要小,水泵能耗較低,高可靠性,低維修要求、低運(yùn)
14、行費(fèi)用,在溫暖地區(qū),湖水可做熱源,其缺點(diǎn)有:在淺水湖中,盤(pán)管容易被破壞,由于水溫變化較大,會(huì)降低機(jī)組的效率。)Standingcolumnwellheatpumps,SCW單井換熱熱井,也就是單管型垂直埋管地源熱泵,在國(guó)外常稱為"熱井"。這種方式下,在地下水位以上用鋼套作為護(hù)套,直徑和孔徑一致;地下水位以下為自然孔洞,不加任何固井設(shè)施。熱泵機(jī)組出水直接在孔洞上部進(jìn)入,其中一部分在地下水位以下進(jìn)入周邊巖土換熱,其余部分在邊壁處與巖土換熱,換熱后的流體在孔洞底部通過(guò)埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機(jī)組供水,這一方式主要應(yīng)用于巖石地層,典型孔徑為150mm,孔深450m。該系統(tǒng)適用
15、于巖石地質(zhì)地區(qū),該地區(qū)巖石鉆孔費(fèi)用高,而與巖石直接換熱,大大提高換熱效率,節(jié)省鉆孔、埋管費(fèi)用,須得注意分析具體地質(zhì)情況,做好隔熱、封閉、過(guò)濾、實(shí)際換熱量測(cè)算等具體工作。)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統(tǒng)(b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)。(a)和(b)兩種方式都?xì)w屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合熱泵系統(tǒng)),也稱埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)。還有另外一個(gè)術(shù)語(yǔ)叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)。這一閉式系統(tǒng)方式,通過(guò)
16、中間介質(zhì)(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體,使中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行熱交換的目的。5)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng):適用于空間小,不能單獨(dú)采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑或內(nèi)外分區(qū)冬季有大量可利用的排熱的建筑物,冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷,節(jié)省成本;事實(shí)證明該系統(tǒng)是高效率、低費(fèi)用的。它的補(bǔ)充熱源有水地源、太陽(yáng)能、電鍋爐、城市熱網(wǎng),額外排熱由冷卻塔或水地源來(lái)解決。其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要詳細(xì)計(jì)算各季節(jié)的散熱與排熱及總的中和后的散熱或排熱量來(lái)選擇熱源和冷卻塔。一、水源熱泵技術(shù)的概念和工作原理水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流
17、和湖泊中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源,并采用熱泵原理,通過(guò)少量的高位電能輸入,實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。地球表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中,吸收了太陽(yáng)進(jìn)入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰浚⑶宜吹臏囟纫话愣际址€(wěn)定。水源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中,由于水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,而冬季,則從水源中提取能量,由熱泵原理通過(guò)空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。水源熱泵機(jī)組工作的原理示圖如下:水源熱泵根據(jù)對(duì)水源的利用方式的不同,可以分為閉
18、式系統(tǒng)和開(kāi)式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)是指在水側(cè)為一組閉式循環(huán)的換熱套管,該組套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中,通過(guò)與土壤或海水換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。(其中埋于土壤中的系統(tǒng)又稱土壤源熱泵,埋于海水中的系統(tǒng)又稱海水源熱泵)。開(kāi)式系統(tǒng)是指從地下抽水或地表抽水后經(jīng)過(guò)換熱器直接排放的系統(tǒng)。與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比,水源熱泵具明顯的優(yōu)勢(shì)。鍋爐供熱只能將90%98%的電能或7090%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量,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;由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定,一般為1025,其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.54.4,與傳統(tǒng)
19、的空氣源熱泵相比,要高出40%左右,其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的5060。因此,近十幾年來(lái),尤其是近五年來(lái),水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國(guó)、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國(guó)家取得了較快的發(fā)展,中國(guó)的水源熱泵市場(chǎng)也日趨活躍,可以預(yù)計(jì),該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。在中國(guó)的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中,由于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和政策的影響,在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期中,北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問(wèn)題,在南方以水冷機(jī)組解決夏季制冷問(wèn)題。在二十世紀(jì)八十年代以后,制冷機(jī)組的方式開(kāi)始多樣化,此時(shí),出現(xiàn)了溴化鋰機(jī)組、風(fēng)冷機(jī)組,機(jī)組的容量也從原有的大中型機(jī)組過(guò)渡為大中小型機(jī)組,在二十世紀(jì)九十年代以后,對(duì)于取暖
20、方式也開(kāi)始有新的嘗試和探討,特別是隨著可持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)保意識(shí)的提高,世界和中國(guó)能源利用的結(jié)構(gòu)都正在轉(zhuǎn)變,從原有的煤、石油取暖過(guò)渡到以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最為嚴(yán)重的城市之一,其治理大氣污染的政策中就包括能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,從以煤為主改為天然氣和電力替代能源。但是,替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問(wèn)題,可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源,從可持續(xù)發(fā)展的角度看,必須提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源,而水源熱泵機(jī)組就是比較理想的一種設(shè)備。二、水源熱泵的特點(diǎn)由于水源熱泵技術(shù)利用地表水作為空調(diào)機(jī)組的制冷制熱的源,所以其具有以下優(yōu)點(diǎn):1. 屬可再生能源利用技術(shù)水源熱泵是利用了地球
21、水體所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體,包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器,收集了47的太陽(yáng)輻射能量,比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多(地下的水體是通過(guò)土壤間接的接受太陽(yáng)輻射能量),而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng),地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對(duì)的均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中的近乎無(wú)限的太陽(yáng)能或地能成為可能。所以說(shuō),水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。2. 高效節(jié)能水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12-22,水體溫度比環(huán)境空氣溫度高,所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提
22、高。而夏季水體為18-35,水體溫度比環(huán)境空氣溫度低,所以制冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式,機(jī)組效率提高。據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì),設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵,平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶3040的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。3. 運(yùn)行穩(wěn)定可靠水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定,其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源,水體溫度較恒定的特性,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。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問(wèn)題。4. 環(huán)境效益顯著水源熱泵的使用電能,電能本身為一種清潔的能源,但在發(fā)電時(shí),消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的
23、污染就小。設(shè)計(jì)良好的水源熱泵機(jī)組的電力消耗,與空氣源熱泵相比,相當(dāng)于減少30以上,與電供暖相比,相當(dāng)于減少70以上。水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑,可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質(zhì)。 水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),沒(méi)有燃燒,沒(méi)有排煙,也沒(méi)有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地,且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。5. 一機(jī)多用,應(yīng)用范圍廣水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào),還可供生活熱水,一機(jī)多用,一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物,水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量能源,而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿足供熱和供冷的要求,減少了
24、設(shè)備的初投資。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑,小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。6. 自動(dòng)運(yùn)行水源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定,所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng),部件較少,機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠,維護(hù)費(fèi)用低;自動(dòng)控制程度高,使用壽命長(zhǎng)可達(dá)到15年以上。當(dāng)然,象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,其應(yīng)用也會(huì)受到制約。 可利用的水源條件限制水源熱泵理論上可以利用一切的水資源,其實(shí)在實(shí)際工程中,不同的水資源利用的成本差異是相當(dāng)大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中,閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開(kāi)式系統(tǒng),能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制
25、條件。對(duì)開(kāi)式系統(tǒng),水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。 水層的地理結(jié)構(gòu)的限制對(duì)于從地下抽水回灌的使用,必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu),確保可以在經(jīng)濟(jì)條件下打井找到合適的水源,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件,保證用后尾水的回灌可以實(shí)現(xiàn)。 投資的經(jīng)濟(jì)性由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響,水源的基本條件的不同;一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來(lái)說(shuō),水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比,在不同地區(qū)不同需求的條件下,水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同。三、國(guó)內(nèi)外水源熱泵的發(fā)展及特點(diǎn)在國(guó)外,關(guān)于水源熱泵的研究分屬于兩種熱泵系統(tǒng)
26、:一種為地源熱泵,一種為海水熱泵。其中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,但發(fā)展相當(dāng)迅速。如美國(guó),截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵,而1997年就安裝了45,000臺(tái),到目前為止已安裝了400,000臺(tái),而且每年以10的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)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。美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源環(huán)境研究中心(Energy & Environmental Research Center)、美國(guó)地下水資源聯(lián)合會(huì)(National Ground Water Association)、愛(ài)迪生電力研究所(Edison
27、Electric Institute)及眾多地源熱泵制造設(shè)計(jì)銷(xiāo)售公司以及政府機(jī)構(gòu)和建筑商等146家成員組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì),該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。美國(guó)計(jì)劃到2001年達(dá)到每年安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo),其中,水源熱泵占15%,屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬(wàn)噸,相當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染物排放或種植樹(shù)1百萬(wàn)英畝,年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元,此后,每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。美國(guó)水源熱泵的制造廠商有著名的公司有Addison Products Company 、Advanced Geothermal Technology 、 Carrier Corpor
28、ation 、ClimateMaster Inc.、Econar Energy Systems Corporation、FHP Manufacturing、Mammoth Inc.、The Trane Company、WaterFurnace International等公司。美國(guó)的水源熱泵的研究和應(yīng)用更偏重用于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)(20RT以下),多采用水-空氣系統(tǒng),如大家熟知的TRANE 等推出的產(chǎn)品。在大型建筑方面,美國(guó)推行WLHP系統(tǒng),即水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國(guó)的地源熱泵發(fā)展有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源,地下土壤埋盤(pán)管(埋深<400米深)的地源
29、熱泵,用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì),為家用的供熱裝置中,地源熱泵所占比例,瑞士為96,奧地利為38,丹麥為27。 同時(shí),中、北歐海水源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。中國(guó)最早在50年代,就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開(kāi)展了我國(guó)熱泵的最早研究,1965年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。目前,國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)水源熱泵進(jìn)行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過(guò)多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果,已建成數(shù)個(gè)示范工程。國(guó)內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同
30、方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽(yáng)富爾達(dá)是比較早的水源熱泵制造廠家,但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機(jī)組改造為水源熱泵。中國(guó)的水源熱泵的研究和應(yīng)用才剛剛起步,與國(guó)外相比,在熱泵機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用上還存在較大差距。目前,世界特別看好中國(guó)的市場(chǎng)。美國(guó)能源部和中國(guó)科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書(shū),其中主要內(nèi)容之一是“地源熱泵”,該項(xiàng)目擬在中國(guó)的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑,以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”,緩解中國(guó)對(duì)煤炭和石油的依賴程度,從而達(dá)到能源資源多元化的目的。據(jù)稱“華亭嘉園”即是此項(xiàng)目的應(yīng)用。2000年6月至日在北京由國(guó)
31、家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化司召開(kāi)了中美地?zé)岜眉夹g(shù)交流會(huì),會(huì)議的主題就是“提供運(yùn)用地?zé)岜眉夹g(shù)為住宅小區(qū)或公用樓宇采暖制冷,大幅降低運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)能解決方案”的主題。在未來(lái)的幾年中,中國(guó)面臨著巨大的能源壓力。一方面,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)要保持較高速度的增長(zhǎng),另一方面,又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。所以要求提高能源利用效率,要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。能源利用效率提高,會(huì)鼓勵(lì)各種節(jié)能設(shè)備和技術(shù)的推廣,能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向就是從以煤為主轉(zhuǎn)為以燃?xì)?,直至以電為主。在中?guó)的能源消耗中,建筑耗能的比例相當(dāng)高。為了適應(yīng)市場(chǎng)要求和參加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),我們必須加快中國(guó)品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開(kāi)發(fā)。四、清華同方水源熱泵的技術(shù)特點(diǎn)清華同
32、方開(kāi)發(fā)的水源熱泵機(jī)組是針對(duì)大中型的建筑開(kāi)發(fā)的可以實(shí)現(xiàn)模塊組合的水-水熱泵機(jī)組。可以利用地下水和以及江河湖泊的水源以及地?zé)嵛菜?。?duì)不同的水源,可以通過(guò)是否加裝中間換熱器來(lái)構(gòu)成閉式或開(kāi)式系統(tǒng)。機(jī)組在工作時(shí)的冷熱切換,通過(guò)對(duì)水系統(tǒng)的管路的切換而實(shí)現(xiàn),氟系統(tǒng)保持穩(wěn)定不變。根據(jù)對(duì)制冷壓縮機(jī)的研究和對(duì)市場(chǎng)的預(yù)測(cè),規(guī)劃中的水源熱泵包括4種規(guī)格:GHP300、GHP500、GHP600、GHP1000。其中GHP300和GHP500為基本模塊,分別為2個(gè)壓縮機(jī)獨(dú)立系統(tǒng)和3壓縮機(jī)獨(dú)立系統(tǒng),GHP600和GHP100為GHP300和GHP500組合體。GHP300在標(biāo)準(zhǔn)地下水制熱工況熱量為309KW,在標(biāo)準(zhǔn)地下水
33、制冷工況冷量為265KW。清華同方的水源在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí),采用的技術(shù)路線是:選用R22做制冷劑,采用成熟的熱泵技術(shù),考慮中國(guó)的實(shí)際國(guó)情,重點(diǎn)放在高出水溫度和寬使用溫度的實(shí)現(xiàn)上,選擇并確定壓縮機(jī)工作點(diǎn)和工作范圍,本著節(jié)水節(jié)能的思想,設(shè)計(jì)大溫差的分段水換熱器。氟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用分系統(tǒng)完全獨(dú)立的模塊化思想,系統(tǒng)部件數(shù)量少而品質(zhì)精良??刂葡到y(tǒng)充分考慮多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制,并設(shè)置多種的安全保護(hù),同時(shí)考慮水系統(tǒng)的水泵控制和遠(yuǎn)程的操作。清華同方的水源熱泵機(jī)組除了具有傳統(tǒng)的水源熱泵的所有的特點(diǎn)以外,作為針對(duì)中國(guó)國(guó)情設(shè)計(jì)的系統(tǒng),其值得注意的特點(diǎn)有:1 供熱出水溫度高我們提供的水源熱泵在標(biāo)準(zhǔn)的工況下,可以保證出水溫度穩(wěn)定在52,在測(cè)試和用戶實(shí)際使用中,曾做過(guò)56的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。提供高的出水溫度,可以提高效率,減小室內(nèi)側(cè)設(shè)備的選型容量,并保證室內(nèi)的熱舒適性。2. 水源側(cè)進(jìn)出水溫差大,節(jié)約水資源在機(jī)組工作時(shí),水源側(cè)在冬季的進(jìn)出水溫差為7,而夏季的進(jìn)出水溫差為10。區(qū)別于傳統(tǒng)的5的溫差設(shè)計(jì),可以省水20%-50%,并相應(yīng)地減少了取水(如打井和水泵運(yùn)行)的費(fèi)用。該思想彥啟森先生曾在1997年的我國(guó)制冷空調(diào)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景中論證過(guò)。3系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)潔,
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