發(fā)現(xiàn)代暖通空調(diào)-zhongjiban

現(xiàn)代暖通空調(diào)技術(shù)論文姓名：王漢斌學(xué)號(hào)：20121713141組別：第3小組學(xué)院：城環(huán)學(xué)院一：熱泵與鍋爐的對(duì)比分析：熱泵與鍋爐的性能對(duì)比分析：熱泵既可制冷，又可供暖，而鍋爐只能用來(lái)供暖；熱泵機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，可靠，使用壽命高，智能化控制，自主程度高；制冷，供暖時(shí)間靈活，可根據(jù)室內(nèi)外空氣溫度，自行供熱，管線短，熱損失小，而鍋爐管線長(zhǎng)，熱損大，無(wú)法根據(jù)室內(nèi)外溫度自行控制制熱，供暖時(shí)間不靈活；熱泵高效環(huán)保，綠色節(jié)能，而燃煤鍋爐效率低，排放有害氣體，煙塵；熱泵無(wú)需設(shè)置鍋爐房，節(jié)約土地，可產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益；熱泵產(chǎn)品的推廣，可以解決用戶每年需要交高昂的采暖費(fèi)、降低采暖費(fèi)的收取，解決了每年因燃煤上漲給國(guó)家、政府、社會(huì)帶來(lái)的不必要的漲價(jià)爭(zhēng)議能源消耗對(duì)比分析：熱泵與鍋爐都是提供熱能的裝置，但是不論是從提供熱能的方式上還是熱能的利用效率和原理上都有著本質(zhì)性的區(qū)別。熱泵利用低品位能轉(zhuǎn)換為可以為人們所利用的高品位能，雖然在這種轉(zhuǎn)換過(guò)程中需要消耗一定的高位能，但是所消耗的高位能并沒(méi)有白白浪費(fèi)，而是也轉(zhuǎn)換成可以被人們利用的優(yōu)質(zhì)能，而且熱泵在使用過(guò)程中沒(méi)有任何污染物。鍋爐是將一種高品位的能轉(zhuǎn)化為另一種高品位的能，（鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量）從而為人們所使用，在這個(gè)過(guò)程中因轉(zhuǎn)換能而消耗的高品位能并沒(méi)有完全被有效利用，部分會(huì)因?yàn)闊釗p失等一些原因而喪失，同時(shí)排出污染物。因此，從能源利用的角度來(lái)說(shuō)，熱泵對(duì)能源的利用更高效。從節(jié)能的角度來(lái)看，很顯然熱泵是節(jié)能的，而鍋爐是耗能的。此外，熱泵不僅可以制熱，也可以達(dá)到制冷的目的，熱泵將環(huán)境中的熱量“抽”出去，環(huán)境的溫度就會(huì)降低，人們可以利用熱泵的這個(gè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)制冷的目的，而鍋爐并不具備這種功能，鍋爐僅僅能夠提供熱能。所以，在供熱和制冷方面，熱泵具有比鍋爐更加優(yōu)越的性能和能源利用效率。原理區(qū)別與分析：1、空氣源熱泵工作原理

冬天熱泵是以制冷劑為熱媒，在空氣中吸收熱能（在蒸發(fā)器中間接換熱），經(jīng)壓縮機(jī)將低溫位的熱能提升為高溫位熱能，加熱系統(tǒng)循環(huán)水（在冷凝器中間接換熱）；的水在夏季會(huì)產(chǎn)生1～2℃的溫升,冬季會(huì)有同樣幅度的溫降,在不利條件下使水溫變得更加不利。閉式的取水能耗更低。水源的問(wèn)題主要集中在水溫和水質(zhì)兩個(gè)方面水溫方面,機(jī)組的自保護(hù)功能限制了進(jìn)水溫度,溫度較低的情況下，可以先通過(guò)其他方法提高溫度后再進(jìn)人機(jī)組；取水溫差不宜過(guò)大,防止破壞生態(tài)環(huán)境。排水口的位置要選擇得當(dāng),避免“水短路”的情況發(fā)生。水質(zhì)方面,結(jié)垢、腐蝕和生物污泥是三大主要問(wèn)題。水源的水質(zhì)不同,引起三大問(wèn)題的嚴(yán)重程度也不同。對(duì)于水質(zhì)不好的水源,在進(jìn)入系統(tǒng)前要進(jìn)行處理,以減少結(jié)垢、腐蝕和生物污泥的危害,同時(shí)要注意處理的方法,防止產(chǎn)生二次污染。綜上所述,采用地表水水源熱泵首先注意當(dāng)?shù)貧夂驐l件及水量、水質(zhì)、水溫等綜合條件?？傮w來(lái)講：夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮，如長(zhǎng)江流域;夏熱冬暖地區(qū),從系統(tǒng)能耗角度出發(fā),應(yīng)用地表水源熱泵的優(yōu)勢(shì)不明顯,如珠江流域;寒冷地區(qū)的海河流域夏季水溫與氣溫差距小,而且嚴(yán)重缺水,也不太適合地表水水源熱泵；嚴(yán)寒地區(qū),如東北三省的松花江流域雖然水量豐富,但由于夏季負(fù)荷不大,冬季水溫過(guò)低,使用地表水源熱泵能效不高。三：土壤源熱泵系統(tǒng)與其推廣所面臨的技術(shù)難題和解決辦法優(yōu)點(diǎn)：1、利用可再生能源，屬于可再生清潔能源的可持續(xù)利用。2、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低。3、環(huán)境效益、節(jié)能效益顯著。4、節(jié)水省地，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益。按埋管形式分為：水平式、垂直式對(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，水泵耗電量大按管道布置方式分為：串聯(lián)、并聯(lián)串聯(lián)系統(tǒng)管徑大，管道費(fèi)用高，并且長(zhǎng)度壓降特性限制了系統(tǒng)能力；并聯(lián)系統(tǒng)管徑小，管道費(fèi)用低，當(dāng)每個(gè)并聯(lián)環(huán)路之間流量平衡時(shí)，其換熱量相同，其壓降特性有利于提高系統(tǒng)能力；但不論是串聯(lián)系統(tǒng)換是并聯(lián)系統(tǒng)，都要滿足：1：管道要達(dá)到足夠保持最小輸送功率的要求2：管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流。推廣地源熱泵技術(shù)要“因地制宜”：氣候、用地、冷熱負(fù)荷平衡等方面綜合考慮地源熱泵的要?jiǎng)?wù)是地?zé)釗Q熱器：影響換熱的因素多，計(jì)算方法復(fù)雜；施工技術(shù)要求較高，管件及配件特殊應(yīng)對(duì)措施：準(zhǔn)確設(shè)計(jì)專業(yè)人員設(shè)計(jì)，借助軟件、儀器；精心施工培養(yǎng)專業(yè)安裝隊(duì)伍，開(kāi)發(fā)專用零配件作為一項(xiàng)橫跨土壤環(huán)境學(xué)、鉆探、熱質(zhì)交換、制冷供暖、材料學(xué)等多學(xué)科的新技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)的突破需要多學(xué)科的技術(shù)人員跨學(xué)科相互合作。（1）埋地?fù)Q熱器傳熱模型的研究埋地?fù)Q熱器傳熱模型的主要目的是建立熱泵運(yùn)行期間土壤溫度場(chǎng)的分布，目前主要的基礎(chǔ)理論是線源理論、BNL修正的線源理論，基于此，相繼發(fā)展了著名的V.C.Mei、IGSHPA、NWWA埋地?fù)Q熱器傳熱模型。（2）回填材料的研發(fā)早期的傳熱模型都是忽略回填土的影響，80年代后期在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，回填土的性能對(duì)埋地?fù)Q熱器換熱的影響不能忽略。1999年Kavabaugh對(duì)回填土的性能進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)一種添加粘合劑的砂土比傳統(tǒng)使用的高密度泥土作回填土導(dǎo)熱性能高3～4倍。（3）土壤源熱泵系統(tǒng)的合理配置目前運(yùn)行的土壤熱源熱泵系統(tǒng)普遍存在一個(gè)問(wèn)題——系統(tǒng)的配置不合理。因此我們應(yīng)加大對(duì)熱泵機(jī)組各部分參數(shù)之間匹配問(wèn)題的研究，以建立適合工程應(yīng)用的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，提供與埋地?fù)Q熱器運(yùn)行參數(shù)關(guān)聯(lián)的土壤熱源熱泵系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，模擬各種環(huán)境條件下土壤熱源熱泵機(jī)組的工作特性。（4）土壤熱物性的研究土壤的熱物性決定了土壤的蓄熱性能及土壤溫度場(chǎng)的分布，進(jìn)一步?jīng)Q定了土壤熱源熱泵系統(tǒng)的效率高低、埋地?fù)Q熱器的尺寸大小。由于土壤質(zhì)地、土壤潮濕程度、土壤透氣性，在不同的國(guó)家、不同的地區(qū)、不同的城市、甚至是同一城市的不同的片區(qū)是互不相同，造成了土壤熱物性的隨機(jī)性和不確定性。加之目前我國(guó)尚缺乏詳細(xì)的城市土壤地質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，這些均給我國(guó)土壤熱源熱泵的應(yīng)用和推廣造成了很大的困難。此外，土壤源熱泵系統(tǒng)的成功應(yīng)用還與政府政策引導(dǎo)、地下管井的設(shè)計(jì)與施工、地質(zhì)探測(cè)技術(shù)、地下水水質(zhì)處理技術(shù)、地下水的回罐技術(shù)等分不開(kāi)的?？傊?，土壤源熱泵系統(tǒng)是一個(gè)整體設(shè)計(jì)，需要從政府政策、主機(jī)設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等各個(gè)方面來(lái)共同參與。（5）與樁基礎(chǔ)相結(jié)合的土壤源熱泵系統(tǒng)將換熱盤(pán)管設(shè)置在基礎(chǔ)墊層的外圍，不會(huì)影響基礎(chǔ)墊層的受力基礎(chǔ)，也就不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的受力體系。優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省地埋管換熱器的鉆孔費(fèi)用與埋管費(fèi)（這兩項(xiàng)費(fèi)用占整個(gè)系統(tǒng)費(fèi)用的50%以上）2）節(jié)省地埋管換熱器的占地面積3）由于樁基礎(chǔ)的間距比較大，U型換熱管的相互熱影響幾乎為零缺點(diǎn)：1）埋管深度收樁基深度的限制，只能承擔(dān)部分符合2）樁基礎(chǔ)的沉降是樁埋管系統(tǒng)不可避免的問(wèn)題（6）如何緩解土壤源熱泵系統(tǒng)的熱不平衡問(wèn)題：優(yōu)化設(shè)計(jì)以減少空調(diào)系統(tǒng)冬夏累計(jì)負(fù)荷差異：1）減少地埋管換熱器群的密集度：增大埋管間距2）減少地埋管換熱器單位深度承擔(dān)的設(shè)計(jì)負(fù)荷：設(shè)置系統(tǒng)調(diào)峰，利用熱泵機(jī)組的熱回收技術(shù)，夏季減少排熱量，冬季增加吸熱量，并可提供部分生活熱水3）依靠復(fù)合式系統(tǒng)的調(diào)節(jié)管理保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行：北方地區(qū)，冬季輔助鍋爐，太陽(yáng)能集熱器來(lái)平衡地埋管換熱器多向土壤中吸收的熱量；南方地區(qū)，夏季輔助冷卻塔散熱器，平衡地埋管換熱器多向土壤排放的熱量。（7）土壤中水分的含量對(duì)埋管系統(tǒng)的影響在供熱工況下，地埋管換熱器的入口溫度低于0℃時(shí)，換熱器周圍的含濕土壤就有可能被凍結(jié)，而水分在凍結(jié)的時(shí)候會(huì)釋放出大量潛熱，因此，在吸收同等數(shù)量的熱量的情況下土壤降低的溫度幅度小，水分越多，釋放的潛熱越多，溫度降低的幅度越小，對(duì)熱泵的供熱工況的運(yùn)行越有利。四：哈爾濱、北京、重慶、廣州四個(gè)城市關(guān)于空氣源、水源土壤熱泵的適宜性的討論北京：由于室外空氣溫度的限制，以及地表水資源的限制，空氣源熱泵與地表水源熱泵在北京均不適合。而從上圖可以看出，北京（寒冷地區(qū)）全年累計(jì)冷熱負(fù)荷近似相等。北京地區(qū)土壤主要為沖積層，以棕黃、灰黃色泥質(zhì)砂礫石為主。北京地區(qū)建筑產(chǎn)生的熱堆積現(xiàn)象，由于土壤初始溫度較低，因此土壤少量的熱堆積對(duì)機(jī)組PER影響不大，因此北京采用地埋管地源熱泵可以保持較高的效率運(yùn)行。哈爾濱：哈爾濱地處中國(guó)東北北部地區(qū)，屬于嚴(yán)寒地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)寒冷，而夏季則顯得短暫涼爽。一般是冬季采暖，而夏季不需要制冷，而且采暖季較長(zhǎng)。綜合分析來(lái)看，空氣源熱泵與地表水源熱泵，不適合在在哈爾濱采用；對(duì)于土壤源熱泵，由于冬季熱負(fù)荷要遠(yuǎn)大于夏季的冷負(fù)荷，會(huì)造成土壤的冷熱負(fù)荷不平衡，故也不宜單獨(dú)采用。但可以采用土壤源熱泵與其他輔助熱源聯(lián)合使用，如太陽(yáng)能廣州：廣州年平均氣溫21.9℃。以7月份的平均氣溫最高，為32.8℃，1月份雖然氣溫較低，但月平均氣溫仍在10℃以上。我們?cè)谶x擇熱泵形式的時(shí)候，要充分考慮到這個(gè)地區(qū)的地形限制及氣候條件所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。以空氣源熱泵為例：風(fēng)冷式制冷機(jī)一般置于高層建筑的裙樓屋頂或多層建筑的屋頂，這樣就節(jié)省了在建筑物內(nèi)因設(shè)置了制冷機(jī)房而多占用的面積。珠江流域,這一地區(qū)城市最熱月平均氣溫在28左右,珠江年平均水溫在17.5~22.9之間,但夏季的某些時(shí)段的水溫高于32,若取水水泵的能耗過(guò)大,與傳統(tǒng)冷卻塔系統(tǒng)相比,系統(tǒng)能耗反而過(guò)大,不能體現(xiàn)地表水水源熱泵節(jié)能的優(yōu)勢(shì),要限制采用。同時(shí),該地區(qū)一般只考慮夏季供冷,屬單工況運(yùn)行,與全年運(yùn)行工況相比,節(jié)能率不高。因此對(duì)廣州來(lái)說(shuō)，空氣源熱泵是既經(jīng)濟(jì)又合理的熱泵形式重慶：1：重慶市氣候特征分析重慶市年平均氣溫16-18℃，最熱月份平均氣26-29℃，最冷月平均氣溫4－8℃。重慶市年平均相對(duì)濕度多在70％－80％，在全國(guó)屬高濕區(qū)。2.重慶市水資源狀況分析（1）水量：重慶市位于兩江交匯處，長(zhǎng)江、嘉陵江橫貫整個(gè)重慶主城區(qū)，水資源豐富。（2）水質(zhì)：水質(zhì)檢測(cè)中，除濁度一項(xiàng)以外，其余各項(xiàng)都滿足水源熱泵機(jī)組對(duì)于水源水質(zhì)的要求。（3）水溫：夏季流動(dòng)水體垂直水溫穩(wěn)定在23.5℃~24℃之間，冬季穩(wěn)定在14℃~15℃之間。根據(jù)美國(guó)制冷協(xié)會(huì)ARI320標(biāo)準(zhǔn)，這一溫度范圍滿足水源熱泵進(jìn)水溫度的要求。3.重慶市土壤特性分析：重慶地層以砂、泥巖為主，導(dǎo)熱系數(shù)在2.0-3.8之間，熱物性很好。4.重慶市污水情況分析：據(jù)資料介紹，重慶市每天排放廢污水高達(dá)70萬(wàn)噸，主城９區(qū)廢污水每年排放4.58億噸，其中生活排污每年排放2.67億。綜合以上分析可知，空氣源、水源、土壤源熱泵在重慶市都可以有效利用。但是重慶市在夏季的濕度較大，平均氣溫比較高，空氣源熱泵的制冷性能會(huì)有所降低；另外重慶市全年制冷所排放的熱量比制熱所吸收的熱量大的多，單一的土壤源熱泵會(huì)造成土壤累年溫度上升，需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且造價(jià)比較高；重慶市水資源比較豐富且水質(zhì)較好，比較適合水源熱泵的推廣應(yīng)用。歸納為：哈爾濱北京重慶廣州嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)夏熱冬冷夏熱冬暖空氣源熱泵★★污水源熱泵★★★★地表水源熱泵★土壤源熱泵★（與太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合使用）★★（與冷卻塔聯(lián)合使用）★（與冷卻塔聯(lián)合使用）五、總結(jié)空調(diào)冷熱源方案設(shè)計(jì)是一個(gè)普遍性與特殊性相結(jié)合的問(wèn)題，應(yīng)在考慮具體設(shè)計(jì)特定條件的基礎(chǔ)上，對(duì)符合要求的各備選方案在總體上進(jìn)行比較。顯然，對(duì)不同方案進(jìn)行比較時(shí)的依據(jù)，也是影響方案設(shè)計(jì)決策的重要因素。一般情況下，選擇冷熱源方案時(shí)應(yīng)考慮以下因素：（1）初投資不同冷熱源方案的初投資有較大差別，在選擇方案時(shí)應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的分析比較。（2）運(yùn)行費(fèi)用（能耗、運(yùn)行管理、維護(hù)等）空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用包括運(yùn)行能耗，運(yùn)行管理費(fèi)，設(shè)備維修費(fèi)等?？照{(diào)運(yùn)行能耗在建筑能耗中占有很大的比例；空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行管理，管理人員工資，設(shè)備故障維修費(fèi)等都是應(yīng)該在冷熱源選擇時(shí)考慮的因素。（3）環(huán)境影響為了解決環(huán)境污染問(wèn)題，保護(hù)環(huán)境也已成為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。因而，將對(duì)環(huán)境的影響作為空調(diào)冷熱源的一項(xiàng)決策依據(jù)是很有必要的。（4）運(yùn)行的可靠性、安全性、操作維護(hù)的方便程度、使用壽命。（5）機(jī)房面積、燃煤鍋爐房要求的儲(chǔ)煤、渣面積、貯油條件等。（6）增容費(fèi)各城市根據(jù)其發(fā)展情況以及地理位置，能源狀況不同而設(shè)定不同能源不同的增容費(fèi)，而且一般數(shù)量也是比較大的，因此也是項(xiàng)重要的考慮因素。綜上所述，將空調(diào)冷熱源方案的影響因素歸納為經(jīng)濟(jì)性因素、使用特性、對(duì)建筑的影響、社會(huì)效益等四個(gè)方面。參考文獻(xiàn)周亞素土壤熱源熱泵動(dòng)態(tài)特性與能耗分析研究博士論文2001.11李元旦土壤源熱泵冬季工況啟動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究王鵬