论文部分内容阅读
摘要：通过地源热泵热水系统在建筑工程应用的研究分析，评价了地源热泵热水系统节明显的能效果，运行费用低廉，无污染排放，符合国家节能减排的政策。
关键字：地源热泵；热水系统；建筑工程；节能分析；
Abstract: through the ground source heat pump hot water system in the construction engineering application of research and analysis, evaluation the ground source heat pump hot water system's day obvious can effect, operation cost is low, no pollution emission, in line with the state of energy saving and emission reduction policy.
Keywords: the ground source heat pump; Hot water system; Building engineering; Energy saving analysis;
中图分类号：TU995.1文献标识码：A文章编号：
0前言
随着大家对生活质量要求的越来越高，很多楼盘和公共建筑都需要供应大量的热水，这也使得建筑物中热水能耗越来越高，使用电能制热是平常之道，但已经在能源紧缺和环境污染问题日益突出的今天是不合时宜的。怎样合理选择生活热水的热源方式，对于我们的节能和环境都是有着很重要的意义。
1地源热泵热水系统技术
地源热泵技术是一种利用浅层地热能，通过热泵技术将低位能向高位能转移，以实现供热的高效节能系统。
1.1地源热泵热水系统的原理
地源热泵技术起始于1912年，最近30年在欧美工业发达国家取得迅速发展，已成为一项成熟的应用技術。地源热泵热水系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地埋管换热器、建筑物内系统组成的热水供应系统。该技术以自然水体(湖泊、地下水、地表水)、岩土体(土、岩石)作为热源，通过传能介质(水或添加防冻液的水溶液)，向热泵提供热量，既可长期向建筑提供采暖空调也可提供生活热水。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵热水系统、地下水地源热泵热水系统和地表水地源热泵热水系统。由于长三角地区已明令禁止私自开采地下水，所以很多热水项目采用的是地埋管地源热泵热水系统。地埋管热泵热水系统原理见图一所示。
(图一)
1.2地源热泵热水系统的优势
地源热泵热水系统属于地源热泵技术应用生活供热中的一种形式，是无污染的可再生能源利用形式，它具有高效节能、运行安全可靠、结构简单、对环境无污染以及使用范围广泛等优点。（与其他热水系统的比较见表一）。
表一地源热泵热水系统和其他系统技术特点比较
地源热泵热水系统在江南地区运用的可行性
2.1自然地理条件
江南地区，全年浅层土壤温度稳定在18～20℃。非常适合采用地源热泵热水系统。另外据研究显示，土壤的热物性直接影响着地埋管换热器的换热性能，从而直接影响着整个系统的能效比cop值。土壤传输地热的能力及存储热能的能力与土壤的含湿量、地下水的流动有很大的关系。当土壤中富含水分和有地下水流动存在时，土壤总的传热热阻大大减小，使得土壤具有较高的热交换效率。江南地区雨水丰富，土壤的含水率极高，且地下水位较高，为土壤热交换器闭式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。
2.2江南地区热水系统特点
江南地区地源热泵热水系统通常与其地源热泵空调系统共用一套室外地埋管换热器，采用系统热回收原理。系统热回收原理见图二所示。
从图中可以看出，冬季工况下，空调机组和热水机组均处于制热模式，源侧水均与蒸发器进行热交换，通过室外地埋管从地下吸热；夏季工况下，空调机组处于制冷模式，其冷凝器通过室外地埋管向地下排热，而热水机组处于制热模式，其蒸发器通过室外地埋管从地下吸热。根据这一特点，江南地区运用系统热回收原理，通过阀门T1~T4的切换，在夏季运行时，将空调机组冷凝器出来的高温水直接引至热水机组蒸发器，热水机组蒸发器吸收这部分水的热量后，使水温降低后再回到空调机组的冷凝器，简单的说，就是利用热水机组回收空调机组的废热生产热水。通过上述系统热回收运行方式，可以提高热水机组的能效比，减少热水系统运行费用。
同时，站在地源热泵空调系统的角度来说，由于江南地区夏季空调制冷时间长，冬季空调制热时间短，而且夏季制冷负荷大，冬季制热负荷小，空调全年运行下来，地埋管系统夏季向地下的排热量远大于冬季从地下的取热量，从而很容易导致地下热量不平衡，地下温度将越来越高，使得空调制冷效果大大下降。为了解决这个问题，通常地源热泵空调系统配备冷却塔，将多余的热量散到大气中。但如果运用了系统热回收原理，热水机组可以回收一部分空调机组的废热，有效缓解了地下热不平衡问题，大大减少了向空气中排放的废热。
因此江南地区采用地源热泵热水系统，可以达到减少初投资（热水和空调室外换热器共用一套系统，初投资增加有限）和节省运行成本的双层目的，同时符合国家节能减排的要求，与其他任何热水系统相比，具有不可替代的优势。
3. 地源热泵热水系统节能分析
以某工程全年累计热水负荷计算1 000 000 kW.h为计：所选热水主机能效比COP值为3.5，由此计算热水机组全年运行耗电量为：
1 000 000/3.5=285 700 kW.h
热水机组全年运行费用为（按电费0.53元/ kW.h计算）：
285 700×0.53=165360元≈15.14万
与其他热源系统全年运行费用比较：
江南地区常用的热源有电加热、燃油锅炉、燃气锅炉、风冷热泵等，其平均热效率分别为100%、86%、86%、250%，以此计算为例使用其他能源的热水运行费用（详见表二）。
表二使用其他热源系统全年运行费用
结语：
根据上述计算结果，利用地源热泵热水系统，与使用电加热、燃油锅炉、燃气锅炉、风冷热泵等热源相比，全年可节省运行费用分别为250%、170%、570%、40%。同时与空调地源热泵空调系统配套使用，有效缓解了地下热不平衡的问题，大大减少了向空气中排放的废热。
因此在江南采用地源热泵热水系统，可以达到减少初投资（热水和空调室外换热器共用一套系统，初投资增加有限）和节省运行成本的双层目的，同时地源热泵热水系统无污染排放，有利保护环境，符合国家节能减排的政策。与其他任何热水系统相比，地源热泵热水系统都具有不可替代的优势。
关键字：地源热泵；热水系统；建筑工程；节能分析；
Abstract: through the ground source heat pump hot water system in the construction engineering application of research and analysis, evaluation the ground source heat pump hot water system's day obvious can effect, operation cost is low, no pollution emission, in line with the state of energy saving and emission reduction policy.
Keywords: the ground source heat pump; Hot water system; Building engineering; Energy saving analysis;
中图分类号：TU995.1文献标识码：A文章编号：
0前言
随着大家对生活质量要求的越来越高，很多楼盘和公共建筑都需要供应大量的热水，这也使得建筑物中热水能耗越来越高，使用电能制热是平常之道，但已经在能源紧缺和环境污染问题日益突出的今天是不合时宜的。怎样合理选择生活热水的热源方式，对于我们的节能和环境都是有着很重要的意义。
1地源热泵热水系统技术
地源热泵技术是一种利用浅层地热能，通过热泵技术将低位能向高位能转移，以实现供热的高效节能系统。
1.1地源热泵热水系统的原理
地源热泵技术起始于1912年，最近30年在欧美工业发达国家取得迅速发展，已成为一项成熟的应用技術。地源热泵热水系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地埋管换热器、建筑物内系统组成的热水供应系统。该技术以自然水体(湖泊、地下水、地表水)、岩土体(土、岩石)作为热源，通过传能介质(水或添加防冻液的水溶液)，向热泵提供热量，既可长期向建筑提供采暖空调也可提供生活热水。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵热水系统、地下水地源热泵热水系统和地表水地源热泵热水系统。由于长三角地区已明令禁止私自开采地下水，所以很多热水项目采用的是地埋管地源热泵热水系统。地埋管热泵热水系统原理见图一所示。
(图一)
1.2地源热泵热水系统的优势
地源热泵热水系统属于地源热泵技术应用生活供热中的一种形式，是无污染的可再生能源利用形式，它具有高效节能、运行安全可靠、结构简单、对环境无污染以及使用范围广泛等优点。（与其他热水系统的比较见表一）。
表一地源热泵热水系统和其他系统技术特点比较
地源热泵热水系统在江南地区运用的可行性
2.1自然地理条件
江南地区，全年浅层土壤温度稳定在18～20℃。非常适合采用地源热泵热水系统。另外据研究显示，土壤的热物性直接影响着地埋管换热器的换热性能，从而直接影响着整个系统的能效比cop值。土壤传输地热的能力及存储热能的能力与土壤的含湿量、地下水的流动有很大的关系。当土壤中富含水分和有地下水流动存在时，土壤总的传热热阻大大减小，使得土壤具有较高的热交换效率。江南地区雨水丰富，土壤的含水率极高，且地下水位较高，为土壤热交换器闭式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。
2.2江南地区热水系统特点
江南地区地源热泵热水系统通常与其地源热泵空调系统共用一套室外地埋管换热器，采用系统热回收原理。系统热回收原理见图二所示。
从图中可以看出，冬季工况下，空调机组和热水机组均处于制热模式，源侧水均与蒸发器进行热交换，通过室外地埋管从地下吸热；夏季工况下，空调机组处于制冷模式，其冷凝器通过室外地埋管向地下排热，而热水机组处于制热模式，其蒸发器通过室外地埋管从地下吸热。根据这一特点，江南地区运用系统热回收原理，通过阀门T1~T4的切换，在夏季运行时，将空调机组冷凝器出来的高温水直接引至热水机组蒸发器，热水机组蒸发器吸收这部分水的热量后，使水温降低后再回到空调机组的冷凝器，简单的说，就是利用热水机组回收空调机组的废热生产热水。通过上述系统热回收运行方式，可以提高热水机组的能效比，减少热水系统运行费用。
同时，站在地源热泵空调系统的角度来说，由于江南地区夏季空调制冷时间长，冬季空调制热时间短，而且夏季制冷负荷大，冬季制热负荷小，空调全年运行下来，地埋管系统夏季向地下的排热量远大于冬季从地下的取热量，从而很容易导致地下热量不平衡，地下温度将越来越高，使得空调制冷效果大大下降。为了解决这个问题，通常地源热泵空调系统配备冷却塔，将多余的热量散到大气中。但如果运用了系统热回收原理，热水机组可以回收一部分空调机组的废热，有效缓解了地下热不平衡问题，大大减少了向空气中排放的废热。
因此江南地区采用地源热泵热水系统，可以达到减少初投资（热水和空调室外换热器共用一套系统，初投资增加有限）和节省运行成本的双层目的，同时符合国家节能减排的要求，与其他任何热水系统相比，具有不可替代的优势。
3. 地源热泵热水系统节能分析
以某工程全年累计热水负荷计算1 000 000 kW.h为计：所选热水主机能效比COP值为3.5，由此计算热水机组全年运行耗电量为：
1 000 000/3.5=285 700 kW.h
热水机组全年运行费用为（按电费0.53元/ kW.h计算）：
285 700×0.53=165360元≈15.14万
与其他热源系统全年运行费用比较：
江南地区常用的热源有电加热、燃油锅炉、燃气锅炉、风冷热泵等，其平均热效率分别为100%、86%、86%、250%，以此计算为例使用其他能源的热水运行费用（详见表二）。
表二使用其他热源系统全年运行费用
结语：
根据上述计算结果，利用地源热泵热水系统，与使用电加热、燃油锅炉、燃气锅炉、风冷热泵等热源相比，全年可节省运行费用分别为250%、170%、570%、40%。同时与空调地源热泵空调系统配套使用，有效缓解了地下热不平衡的问题，大大减少了向空气中排放的废热。
因此在江南采用地源热泵热水系统，可以达到减少初投资（热水和空调室外换热器共用一套系统，初投资增加有限）和节省运行成本的双层目的，同时地源热泵热水系统无污染排放，有利保护环境，符合国家节能减排的政策。与其他任何热水系统相比，地源热泵热水系统都具有不可替代的优势。