地源熱泵技術(shù)在工程中的應(yīng)用

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1、地源熱泵技術(shù)在工程中的應(yīng)用地源熱泵技術(shù)在工程中的應(yīng)用王毅中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司河北石家莊050021摘要:地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源(包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的新能源節(jié)能技術(shù),本文就其背景、原理、優(yōu)點(diǎn)等角度展開分析與研究,從低碳節(jié)能、環(huán)保、安全、便捷等方面,對于地源熱泵技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析,從而達(dá)到對地源熱泵技術(shù)的推廣與應(yīng)用。關(guān)鍵詞:地源熱泵;可再生;低碳節(jié)能;維護(hù)費(fèi)用低中圖分類號:K826.16文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1引言1912地源熱泵的歷史可以追朔到年瑞士的一個(gè)專利,而地源熱泵真正

2、意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。在我國,地源熱泵的研究起始于20世紀(jì)50年代,1996年至2000年間在山東、北京、遼寧、河北、江蘇、上海等地開始應(yīng)用于工程實(shí)踐,最近幾年該項(xiàng)技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通界熱門的研究課題,迅速發(fā)展起來,地源熱泵技術(shù)正被越來越多的人們所了解。在我國,煤炭作為主要能源,長期以來在生產(chǎn)、消費(fèi)中占據(jù)著絕對主導(dǎo)地位。盡管近年來煤炭所占比例略有下降,但仍保持在65%以上,并再次呈現(xiàn)出上升的跡象,只有減少煤炭的使用,大氣污染問題才有可能得到解決。我國城鄉(xiāng)建筑發(fā)展迅速,近幾年來每年建成的住宅面積,城鎮(zhèn)已至4~5億平方米

3、,農(nóng)村則達(dá)7~8億平方米,其中供熱、空調(diào)的建筑面積高達(dá)6.5億平方米。與氣候條件接近的發(fā)達(dá)國家相比,我國居住建筑單3位面積供暖能耗為他們的倍左右?，F(xiàn)在,這些高能耗建筑冬季供暖與夏季空調(diào)的使用正日益普遍,解決它們所造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題已成為緊迫的需要。因此,除了集中供熱的型式以外急需發(fā)展其它的替代供熱方式。地源熱泵就是這樣一種可以有效節(jié)省能源、減少大氣污染供熱和空調(diào)的新技術(shù)。2地源熱泵的工作原理地源熱泵也稱地?zé)岜檬怯行У睦猛寥赖牧己眯顭峒靶罾涮匦赃M(jìn)行的熱力學(xué)逆循環(huán)即利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性,通過深埋于建筑物周圍的管

4、路系統(tǒng)或地下水,采用熱泵原理,通過少量的高位電能輸入,實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種工程應(yīng)用技術(shù)技術(shù)。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分:室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機(jī)組主要有兩種形式:水-水型機(jī)組或水-空氣型機(jī)組。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞,水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水,與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。地源熱泵工作原理是:在夏季供冷時(shí),地源熱泵技術(shù)利用地下環(huán)境溫度較低的特點(diǎn),地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功,使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/

5、空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中,在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝,由循環(huán)水路將冷媒中所攜帶的熱量吸收,最終通過室外地能換熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量通過室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室外地能換熱系統(tǒng)不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中,通過冷媒-空氣熱交換器,以冷風(fēng)的形式為房間供冷。地源熱泵與冷凝器直接與空氣環(huán)境進(jìn)行熱交換的普通空調(diào)器制冷相比,比普通空調(diào)節(jié)能50%以上。在冬季供熱時(shí),地源熱泵系統(tǒng)通過埋藏在地下的管道將儲存在地下的熱能通過傳熱介質(zhì)吸收,作為逆循環(huán)中的低溫?zé)嵩?通過輸入

6、少量的高位電能使熱泵壓縮機(jī)完成逆循環(huán),并向用戶提供高品位的熱能。根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同,地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。3地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)3.1、地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y400源(通常小于米深)作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能量,比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制,

7、真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。3.2、地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的低碳節(jié)能技術(shù)地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定,冬季比環(huán)境空氣溫度高,夏季比環(huán)境空氣溫度低,是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源,這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%,因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外,地能溫度較恒定的特性,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。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計(jì),設(shè)計(jì)安裝良好的地源3040熱泵,平均來說可以節(jié)約用戶~%的供熱制冷空調(diào)的

8、運(yùn)行費(fèi)用。3.3、地源熱泵環(huán)境效益顯著地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當(dāng)于減少40%以上,與電供暖相比,相當(dāng)于減少70%以上,如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑,但比常規(guī)空調(diào)裝