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摘 要:近些年来,随着我国科技的不断发展,人们的生活水平得到了明显的提高,越来越多的高科技应用到了人们的生活当中。文章所要研究的就是地源热泵技术在暖通空调当中的应用,同时对地源热泵技术的出现与发展进行详细的介绍,对地源热泵技术在暖通空调的应用中的内容进行介绍,目的是减少暖通空调使用过程当中能源的损耗,提高暖通空调的节能性能,对我国环境的保护工作带来贡献。
关键词:地源热泵技术;暖通空调;地热
引言:
空调的出现给人们的生活带来了便利,为人们创造了一个更舒适的生活环境。然而,在运行过程中,空调会消耗大量的能量。有数据表明空调是造成夏季或冬季的能源短缺主要因素。因此,空调提供了方便,同时也给社会带来了一些能源负担和环境污染负担。为了帮助空调改善其存在的缺陷,使空调的制冷和制热更加的节能、高效,空调制造企业可以采用地源热泵技术满足其要求。
1地源热泵技术与原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。与锅炉(电、燃料)供热系统相比,锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~15℃,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50~60%。因此,近十几年来,地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展,中国的地源热泵市场也日趋活跃,可以预计,该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间换热介质为水,与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
2地源分类
地源按照室外换热方式不同可分为三类:1.土壤埋盘管系统,2.地下水系统,3.地表水系统。由于我国水资源分布不均,尤其是华北地区严重缺水,已经形成数个地下水漏斗,所以华北地区已经出台政策:严控地下水方式制冷、采暖。而地表水形式的地源热泵,建筑物临近必须有一定规模的地表水源,因此,應用受到现实的限制,难于大范围推广。因此,地源热泵的重点推广形式:土壤埋盘管系统。也是本文介绍的主要内容。
根据循环水是否为密闭系统,地源又可分为闭环和开环系统。闭环系统如埋盘管方式(垂直埋管或 水平埋管),地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。
3地源热泵的特点
3.1地源热泵的优点
3.1.1属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(Earth Energy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
3.1.2属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计,设计安装良好的地源热泵,平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。
3.1.3环境效益显著
地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。
3.1.4一机多用,应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统:可以同时给人们提供制冷(或采暖)和生活热水。
3.2地源热泵的缺点
3.2.1初投资相对较高
土壤埋盘管系统的地源热泵,相对于地下水式和地表水式水源热泵系统,换热效率较低,因此需要打较多地下换热井,初投资较多。
3.2.2占地面积较大
由于需要大量的地下换热井,且换热井之间需要有一定的距离(约4米)要求,所以地下换热场面积较大。需要在项目立项、设计阶段就考虑采用地源热泵系统。城市中的改造项目应用比较困难。
4地源热泵技术在暖通空调当中的应用
地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类,从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。 4.1家用系统
用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应,多用于小型住宅,别墅等户式空调。
4.2集中系统
热泵布置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。
4.3分散系统
用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一 般用于办公楼、学校、商用建筑等,此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上,便于计量,适用于目前的独立热计量要求。
4.4混合系统:
将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统,混合系统与分散系统非常类似,只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。
南方地区,冷负荷大,热负荷低,夏季适合联合使用地源和冷却塔,冬季只使用地源。北方地区,热负荷大,冷负荷低,冬季适合联合使用地源和锅炉,夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸,节省投资。分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。
4.5水环路热泵空调系统
水环路热泵(Water-Loop Heat Pump,简称WLHP)空调系统,它由许多台水源热泵空调机(WSHP)组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起,该水管路既作空调工况下的冷源,又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源,或锅炉、冷却塔联合方式。
夏季运行:全部或大多数机组为供冷,热量水环路排至室外的冷源,如地源或冷却塔。
春季/秋季运行:对有内区与周边区的建筑物,会出现内区需要供冷而周边区需要供熱,内区的热量就可被周边区所利用,即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时,室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行,能量在建筑物内部转移,运行费用最少,节能效果明显。
冬季运行:全部或大多数机组为供热,供热源(地源或加热源)把热量补充到水环路。
水环路热泵空调系统除具有显著节能特点外,还具有以下特点:
节省占地:不设大的冷冻机房,没有冷却塔系统。
能源费用单独计量:由各部门、住户或单位独立承担,能源费用计量简单且公平,符合当前的能源费用独立计量方法。
调节灵活:每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。
灵活应用:能灵活充份地满足建筑物各个区的需要,并随时可以更改用途。
结束语:
通过文章的介绍,可以更加清晰的了解到地源热泵技术的发展与应用现状,地源热泵技术的应用可以有效的减少能源的损耗,对环境的保护带来保障。在暖通空调方面,应用地源热泵技术也是十分必要的,面对其中存在的不足,要积极寻找对策来进行解决,这样才能使地源热泵技术在暖通空调当中的应用价值更高,对能源的节约带来更好的保障。
参考文献
[1]文长.探究暖通空调节能中地源热泵技术的应用[J].建材与装饰,2017(27):191-192.
[2]王海.地源热泵技术在矿用集中式暖通空调节能中的应用[J].世界有色金属,2016(19):161+163.
[3]冯晓梅,张昕宇,邹瑜,郑瑞澄.太阳能与地源热泵复合系统的优化配置与运行方式[J].暖通空调,2011,41(12):79-83.
(作者单位:瑞冬集团股份有限公司)
关键词:地源热泵技术;暖通空调;地热
引言:
空调的出现给人们的生活带来了便利,为人们创造了一个更舒适的生活环境。然而,在运行过程中,空调会消耗大量的能量。有数据表明空调是造成夏季或冬季的能源短缺主要因素。因此,空调提供了方便,同时也给社会带来了一些能源负担和环境污染负担。为了帮助空调改善其存在的缺陷,使空调的制冷和制热更加的节能、高效,空调制造企业可以采用地源热泵技术满足其要求。
1地源热泵技术与原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。与锅炉(电、燃料)供热系统相比,锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~15℃,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50~60%。因此,近十几年来,地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展,中国的地源热泵市场也日趋活跃,可以预计,该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间换热介质为水,与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
2地源分类
地源按照室外换热方式不同可分为三类:1.土壤埋盘管系统,2.地下水系统,3.地表水系统。由于我国水资源分布不均,尤其是华北地区严重缺水,已经形成数个地下水漏斗,所以华北地区已经出台政策:严控地下水方式制冷、采暖。而地表水形式的地源热泵,建筑物临近必须有一定规模的地表水源,因此,應用受到现实的限制,难于大范围推广。因此,地源热泵的重点推广形式:土壤埋盘管系统。也是本文介绍的主要内容。
根据循环水是否为密闭系统,地源又可分为闭环和开环系统。闭环系统如埋盘管方式(垂直埋管或 水平埋管),地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。
3地源热泵的特点
3.1地源热泵的优点
3.1.1属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(Earth Energy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
3.1.2属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计,设计安装良好的地源热泵,平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。
3.1.3环境效益显著
地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。
3.1.4一机多用,应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统:可以同时给人们提供制冷(或采暖)和生活热水。
3.2地源热泵的缺点
3.2.1初投资相对较高
土壤埋盘管系统的地源热泵,相对于地下水式和地表水式水源热泵系统,换热效率较低,因此需要打较多地下换热井,初投资较多。
3.2.2占地面积较大
由于需要大量的地下换热井,且换热井之间需要有一定的距离(约4米)要求,所以地下换热场面积较大。需要在项目立项、设计阶段就考虑采用地源热泵系统。城市中的改造项目应用比较困难。
4地源热泵技术在暖通空调当中的应用
地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类,从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。 4.1家用系统
用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应,多用于小型住宅,别墅等户式空调。
4.2集中系统
热泵布置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。
4.3分散系统
用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一 般用于办公楼、学校、商用建筑等,此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上,便于计量,适用于目前的独立热计量要求。
4.4混合系统:
将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统,混合系统与分散系统非常类似,只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。
南方地区,冷负荷大,热负荷低,夏季适合联合使用地源和冷却塔,冬季只使用地源。北方地区,热负荷大,冷负荷低,冬季适合联合使用地源和锅炉,夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸,节省投资。分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。
4.5水环路热泵空调系统
水环路热泵(Water-Loop Heat Pump,简称WLHP)空调系统,它由许多台水源热泵空调机(WSHP)组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起,该水管路既作空调工况下的冷源,又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源,或锅炉、冷却塔联合方式。
夏季运行:全部或大多数机组为供冷,热量水环路排至室外的冷源,如地源或冷却塔。
春季/秋季运行:对有内区与周边区的建筑物,会出现内区需要供冷而周边区需要供熱,内区的热量就可被周边区所利用,即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时,室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行,能量在建筑物内部转移,运行费用最少,节能效果明显。
冬季运行:全部或大多数机组为供热,供热源(地源或加热源)把热量补充到水环路。
水环路热泵空调系统除具有显著节能特点外,还具有以下特点:
节省占地:不设大的冷冻机房,没有冷却塔系统。
能源费用单独计量:由各部门、住户或单位独立承担,能源费用计量简单且公平,符合当前的能源费用独立计量方法。
调节灵活:每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。
灵活应用:能灵活充份地满足建筑物各个区的需要,并随时可以更改用途。
结束语:
通过文章的介绍,可以更加清晰的了解到地源热泵技术的发展与应用现状,地源热泵技术的应用可以有效的减少能源的损耗,对环境的保护带来保障。在暖通空调方面,应用地源热泵技术也是十分必要的,面对其中存在的不足,要积极寻找对策来进行解决,这样才能使地源热泵技术在暖通空调当中的应用价值更高,对能源的节约带来更好的保障。
参考文献
[1]文长.探究暖通空调节能中地源热泵技术的应用[J].建材与装饰,2017(27):191-192.
[2]王海.地源热泵技术在矿用集中式暖通空调节能中的应用[J].世界有色金属,2016(19):161+163.
[3]冯晓梅,张昕宇,邹瑜,郑瑞澄.太阳能与地源热泵复合系统的优化配置与运行方式[J].暖通空调,2011,41(12):79-83.
(作者单位:瑞冬集团股份有限公司)