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【技术】地源热泵发展趋势及工作原理简介(组图)
作者:shenhuaguangneng  来源:本站  发表时间:2010-6-13 22:00:58  点击:8311

什么叫地源热泵?

    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4-5kW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10~25℃,其制冷、制热系数可达4-5,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%。地源热泵系统的能量来源地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广范应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

    地源热泵的发展趋势

    随着经济的发展和人们生活水平的提高,公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低,而且还会给大气造成严重的污染,因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰,而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。

    在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的40%,是美国政府极力推广的节能、环保技术。1998年美国能源部颁布法规,要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地埋管土壤换热器地源热泵空调系统。为了表示支持这种技术,美国总统布什在他的得克萨斯州的别墅中也安装了这种地源热泵空调系统(见2001年5月28日参考消息)。

    现在,在中北欧的瑞士、瑞典、奥地利、丹麦等国家,地源热泵(土壤换热器)技术利用处于领先地位,地埋管土壤换热器热泵得到广泛的应用。据1999年统计,在家庭应用的供暖设备中,地源热泵所占的比例:瑞士96﹪、奥地利38﹪、丹麦27﹪在我国由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响,地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢,人们对之尚不十分了解,推广较困难,然而随着人们生活水平的提高,人均能耗的增长,一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化,地源热泵技术已越来越引起人们的重视。在目前节能和环保的潮流下,该技术以其特有的节能性和稳定性受到行业的瞩目,国内许多院校、科研所作了大量的应用研究。国家建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐。为办好本届奥运会,北京市主管部门和科研部门全力合作,相继进行了一些先进技术研究,国内外专家提出以地源热泵为代表的清洁能源符合“绿色奥运、科技奥运”的宗旨,应当在奥运工程建设中推广、使用,会议形成倡议书递交北京市政府和奥运会组委会,受到有关方面的高度重视,后详细研究及考核,将地源热泵中央空调作为2008年北京奥运会指定选用的中央空调型式。早在很多年前,在国家政府所属的建筑中就有使用地源热泵的,最有代表性的就是毛主席纪念堂。

    北京市于2007年7月1日,由发改委及其他八部委联合发布了《关于印发关于发展热泵系统的指导意见的通知》(京发改〔2006〕839号),《指导意见》中,明确提出了,在建筑中使用地源热泵空调系统,每平米补助50元;水源热泵补助35元。从去年开始,国家分别将三个城市做为地源热泵试点城市,分别是北京、天津、沈阳。大力发展地源热泵。现在在这三个城市,甚至全国,地源热泵已经如火如荼。

    现在国家努力引导发展地源热泵,现在国家的一些政府部门的建筑,学校,医院等,都进行了地源热泵改造,例如我公司参与了多个学校,医院,政府机关的地源热泵改造工程,并取得了骄人的成绩。而且现在正是奥运会的关键时刻,很多项目也都使用地源热泵,如奥运会的部分场馆,奥运森林公园等等都使用地源热泵;不光国家的项目,现在很多的私人企业办公场所,别墅等区域都在寻找做地源热泵的厂家、经销商。我们在寻找项目的同时他们也在寻找我们。去年我公司在北京等地域在别墅方面的地源热泵系统占有一定的优势。现在是一个机会,地源热泵一定会发展,是个发展趋势。

 

地源热泵工作原理:


夏天工作原理


冬天工作原理


能源转换过程

    地源热泵是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源,冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。

    地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。三个系统之间靠水作为换热介质进行热量的传递,地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也是水

    地源热泵系统性能特点

    地源热泵系统特点:

    (1)利用可再生能源:属可再生能源利用技术地源热泵从常温土壤或地表水(地下水)中吸热或向其排热,利用的是可再生的清洁能源,可持续使用。

    (2)高效节能,运行费用低:属经济有效的节能技术地源热泵的冷热源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,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。在制热制冷时,输入1KW的电量可以得到4-5KW以上的制冷制热量。运行费用每年每平方米仅为18——26元,比常规中央空调系统低40%左右。

    (3)节水省地:1)以土壤(水)为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会对其造成污染。2)省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观

    (4)环境效益显著该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,在供热时,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,不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。

    (5)运行安全稳定,可靠性高:地源热泵系统在运行中无燃烧设备,因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气,也不存在丙烷气体,因而也不会有发生爆炸的危险,使用安全。燃油、燃气锅炉供暖,其燃烧产物对居住环境污染极重,影响人们的生命健康。由于土壤深处温度非常恒定,主机吸热或放热不受外界气候影响,运行工况非常稳定,优于其它空调设备。不存在空气源热泵供热不足,甚至不能制热的问题。整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。维修量极少,折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。

    (6)一机两用,应用范围广地源热泵系统可供暖、制冷,一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于住宅的采暖、供冷。

    (7)自动运行地源热泵机组由于工况稳定,所以可以设计简单系统,部件较少,机组运行简单可靠,维护费用低;自动控制程度高,可无人值守;此外,机组使用寿命长,均在20年以上。

    地源热泵系统优点

    (1)环保:利用土壤温度,不用地下水,没有交叉污染。

    (2)能效比高:普通风冷机器需要在零下十几度的环境制热,在零上三十五度以上的环境下制冷,能效比相对比较低,室温控制困难。地源空调利用土壤温度,相对恒温,一年四季都是将十度到十五度之间的水进行转换,能效比较高。

    (3)节能:传统空调冬季用锅炉采暖,能效比仅为1:1。地源空调能效比可达1:5,省电4/5。夏季也可省电1/2。机器可分多级控制,根据温度自动卸载,运行节能。

    (4)运行稳定:机器在室内,无风吹雨淋,工作环境好。地下水温也基本恒定,无起伏波动。机器故障率低。

    (5)可分户计量。

    (6)不用锅炉和冷却塔。

    (7)地下换热系统不用后期维护,系统后期维护费用低。相对于水源热泵的每年需要对井维护来说,后期维护费用极低.缺点:需要一定的面积埋管,且对埋管技术要求较高。