地源熱泵節能技術論文(2)
時間:2022-02-24
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中圖分類號：TM08 文獻標識碼：A 文章編號：
一、前言
人類社會經濟的發展，是以浪費能源為代價。由于長期以來人們對能源消耗沒有引起足夠重視，而使得大量的能源被浪費。隨著近些年能源短缺，人們逐漸加強了對能源利用的關注程度。地源熱泵技術是一種新型的能源利用技術，是利用豐富的地能來實現冬季取暖，夏季采涼的先進技術。由于地能具有清潔無污染、能源取之不竭等特點，因此，地源熱泵技術的開發和應用必將成為未來能源利用技術中的主要組成部分。
二、地源熱泵節能系統的組成
1、地源熱泵系統的構成
地源熱泵系統主要分三部分:室外地能換熱系統、地源熱泵機組和室內采暖、采冷空調末端系統。其中地源熱泵機主要有兩種形式:水一水式、水一土壤或水一空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞,地源熱泵與地能之間換熱介質為水,與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。其中地源熱泵機組是其核心設備。
2、熱泵的組成
熱泵與制冷的原理和系統設備組成及功能是一樣的,對蒸氣壓縮式熱泵(制冷)系統主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器和節流閥組成。
壓縮機:起著壓縮和輸送循環工質從低溫低壓處到高溫高壓處的作用,是熱泵(制冷)系統的心臟;
蒸發器:是輸出冷量的設備,它的作用是使經節流閥流人的制冷劑液體蒸發,以吸收被冷卻物體的熱量,達到制冷的目的;
冷凝器:是輸出熱量的設備,從蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機消耗功所轉化的熱量在冷凝器中被冷卻介質帶走,達到制熱的目的;
膨脹閥或節流閥:對循環工質起到節流降壓作用,并調節進人蒸發器的循環工質流量。
3、熱泵的工作原理
熱泵的主要工作過程是:壓縮機吸人蒸發器內產生的低溫低壓制冷劑蒸氣,保持蒸發器內的低壓狀態,創造了蒸發器內制冷劑液體不斷地在低溫下吸收載冷劑熱量而沸騰的條件;吸人的蒸氣經過壓縮,其溫度、壓力升高,創造了制冷劑被液化的條件;高溫高壓蒸氣排人冷凝器后,在壓力保持不變的情況下,被冷卻介質(水)冷卻,放出熱量,溫度降低,并進一步凝結成液體,從冷凝器排出;高壓制冷劑液體經過節流閥時,因受阻而使壓力下降,導致部分制冷劑液體氣化,吸收氣化潛熱,使其本身的溫度也相應降低,成為低溫低壓下的濕蒸氣,進人蒸發器;在蒸發器中,制冷劑液體在壓力不變的情況下,吸收載劑(水)的熱量(即制取冷量)而氣化,形成的低壓低溫蒸氣又被壓縮機吸走,如此周而復始的往復循環。
4、 熱泵的節能和能效
熱泵的節能主要是體現在它可以將較低的能量轉換成較高的能量，在地源熱泵技術的應用中主要表現在消耗較少的電能，再利用熱泵轉換出較多的熱能，以供用戶取暖。 據相關研究顯示，當熱泵消耗 1單位的電能時，就可以產生 3-5 單位的熱能，這不僅能使能源利用率得到很大提升，也具有更高的經濟性。
三、地源熱泵節能特點
地表淺層土壤熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季的地表淺層土壤比環境空氣溫度高，夏季的地表淺層土壤比環境空氣溫度低，是很好的熱泵冷熱源。地表土壤的溫度特性使地源熱泵的運行效率比傳統空調系統高并且相對節能。地源熱泵是利用淺層土壤地熱資源作為冷熱源進行能量轉換的供暖空調系統。這種儲存于地表淺層的可再生能源，使地能成為一種可再生能源。地熱源熱泵系統可供暖、供冷，可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于賓館和學校生產、生活用熱水，能產生顯著的效益。
四、三種地源熱泵系統
地源熱泵系統根據所利用的地熱資源分為地下水源熱泵系統、地表水熱泵系統和土壤源熱泵系統三類。
1、地下水熱泵系統
(l)地下水熱泵系統工作原理
地下水熱泵系統,也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統。通過建造抽水井群將地下水抽出,通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組,經
提取熱量或釋放熱量后,再由回灌井群灌回地下。
(2)地下水熱泵系統的優點
?、俟澕s能量,環保無污染。在整個采暖和制冷過程中,只向水源中吸熱或者排熱,并不消耗水量也不污染水。
②節省面積。不使用冷水塔,不消耗冷卻水,節省占地面積
?、劢洕鷥r值高。
(3)地下水熱泵系統的缺點
大量利用水資源,適宜于地下水資源豐富的地區,否則若處理不當易造成地面下沉。
2、地表水熱泵系統的工作原理
(l)地表水熱泵系統的工作原理
地表水熱泵系統。通過直接抽取或者間接換熱的方式,利用包括江水、河水、湖水、水庫水、海水以及再生水作為熱泵的冷熱源。
(2)地表水熱泵系統的優點
在10米或更深的湖中,可提供10℃的直接制冷,比地下埋管系統投資要小,水泵能耗較低,高可靠性,低維修要求、低運行費用,在溫暖地區,湖水可做熱源。
(3)地表水熱泵系統的缺點
在淺水湖中,盤管容易被破壞,由于水溫變化較大,會降低機組的效率。
3、地下埋管的地源熱泵系統
(l)土壤源熱泵系統的工作原理
土壤源熱泵系統是把熱交換器埋于地下,通過水再由管道(一般為高強度塑料管)組成的封閉環路中循環流動,從而實現與大地土壤進行冷熱交換的目的。夏季通過機組將房間內的熱量轉移到地下,對房間進行降溫。同時儲存熱量,以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉移到房間,對房間進行供暖,同時儲存冷量,以備夏用,大地土壤提供了一個很好的免費能量存貯源泉,這樣就實現了能量的季節轉換。按土壤熱交換器形式分為垂直埋管地源熱泵系統、水平埋管地源熱泵系統。
(2)垂直埋管地源熱泵系統
垂直埋管地源熱泵系統的優點有:較小的土地占用,管路及水泵用電少,其缺點是鉆井費用較高。
(3)水平埋管地源熱泵系統
水平埋管地源熱泵系統的優點:安裝費用比垂直式埋管系統低,應用廣泛,使用者易于掌握.
(4)地下埋管的地源熱泵系統優點
①溫度穩定,全年波動較小,冬季土壤溫度比空氣高,因此熱泵的制熱系數較高;
②土壤的傳熱盤管埋于地下,熱泵運行中不需要通過風機或水泵采熱,無噪聲,換熱器也不需要除霜;
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五、地源熱泵節能系統的應用
1、地源熱泵系統的適用條件
地源熱泵系統一般是利用了地下30m至300m深、溫度既不低又不高的恒溫帶作為熱泵系統的“源”與“匯”的地下環境,和全年空調熱泵自身既需夏季排熱和又需冬季取熱的特點。為確保了熱泵的高效、穩定、和可持續地運行,地源熱泵系統的建設一般應遵循以下適用條件:
(1)全年室外空氣平均溫度(或地下恒溫帶溫度)處于10一20℃的地域;
(2)具有經濟打井的地質條件和擁有合適淺層地下水資源的地域;
(3)全年向地下總排熱量和總取熱量相等或接近的供熱供冷工程,否則就需采用一些工程的輔助與補救措施;
(4)夏季供冷溫度不低于5℃,冬季供熱溫度不高于60℃的工程;
2、地源熱泵系統的應用方式
地源熱泵的應用方式從應用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類,從輸送冷熱量方式可分為集中系統、分散系統和混合系統。
(l)家用系統
用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風管輸送系統進行冷熱供應,多用于小型住宅,別墅等戶式空調。
(2)集中系統
熱泵布置在機房內,冷熱量集中通過風道或水路分配系統送到各房間。
(3)分散系統
用戶單獨使用自己的熱泵機組調節空氣。一般用于辦公樓、學校、商用建筑等,此系統可將用戶使用的冷熱量完全反應在用電上,便于計量,適用于目前的獨立熱計量要求。
(4)混合系統
將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯合使用作為冷熱源的系統,混合系統與分散系統非常類似,只是冷熱源系統增加了冷卻塔或鍋爐。
六、地源熱泵系統的優點
1、高效節能,穩定可靠
地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定,土壤與空氣溫差一般為17度,冬季比環境空氣溫度高,夏季比環境空氣溫度低,是很好的熱泵熱源和空調冷源,這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%一60%,因
此要節能和節省運行費用40%一50%左右。通常地源熱泵消耗IKW的能量,用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上冷量,所以我們將其稱為節能型空調系統。
2、無環境污染
地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當于減少40%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上,真正的實現了節能減排。
3、一機多用
地源熱泵系統可供暖、制冷,還可供生活熱水,一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。
4、維護費用低
地源熱泵系統運動部件要比常規系統少,因而減少維護,系統安裝在室內,不暴露在風雨中,也可免遭損壞,更加可靠,延長壽命。
5、使用壽命長
地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管,壽命可達50年。要比普通空調高35年使用壽命。
6、節省空間
沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設備,省去了鍋爐房,冷卻塔占用的寶貴面積,產生附加經濟效益,并改善了環境外部形象。
七、結束語
中國具有應用地源熱泵技術的廣闊市場與條件，加之地源熱泵技術本身具有節能、環保的優勢，地源熱泵技術的應用前景十分廣闊。
參考文獻：
王敏，地源熱泵的應用進展.建筑熱能通風空調，2012
張鑫，地埋管地源熱泵空調系統設計施工中應注意的問題.建筑技術，2011
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