地源熱泵系統(tǒng)講座
時間:2022-02-06
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1、1地源熱泵系統(tǒng)講座序地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于地下能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用?？蓮V闊應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。一、地源熱泵系統(tǒng)原理1、地源熱泵的定義地源熱泵系統(tǒng)是一種機械式蒸氣壓縮/制冷循環(huán)的運行系統(tǒng)，該系統(tǒng)將熱量排入地表層或從地表層吸收熱量。地源熱泵（GSHP）是一個廣義的術(shù)語，它包括了使用土壤、地下水、和地表水作為熱源和冷源的系統(tǒng)，即地下耦合熱泵系統(tǒng)（ground-coupledheatpumpsystems,GCHPs），也叫地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)（groundheatexc
2、hanger）。包括了地下水熱泵系統(tǒng)（groundwaterhearpumps,GWHPs），地表水熱泵系統(tǒng)（surface-waterheatpumps,SWHPs）。地源熱泵通常還被稱為：地?zé)釤岜孟到y(tǒng)（geothermalheatpumps,GHPs），地能系統(tǒng)（earthenergysystems），地源系統(tǒng)（geound-sourcesystems,GS）等。1997年以后，由ASHRAE統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語—地源熱泵（ground-sourceheatpump,GSHPs）。2、技術(shù)原理熱泵技術(shù)是在高位能的拖動下，將熱量從低位熱源流向高位熱源的技術(shù)。它可以把不能直接利用的低品位熱能（如空氣、土壤、水、太陽能、工業(yè)廢熱等）轉(zhuǎn)化為可利用的高位能，從而達(dá)到節(jié)
3、約部分高位能（煤、石油、天然氣、電能等）的目的。利用低位熱能的熱泵技術(shù)可以節(jié)約燃料、合理利用能源、減輕環(huán)境污染，作為一條節(jié)能與環(huán)保并重的途徑。有研究表明，與區(qū)域鍋爐房的2能耗比較，相同容量的熱泵站的能耗：用河水（5～6.6℃）作為低位熱源時，年節(jié)煤率為12.68～14.08%；用海水（12～13.6℃）作為低位熱源時，年節(jié)煤率為21.59～39.98%；用工業(yè)廢水（18～20℃）作為低位熱源時，年節(jié)煤率為39～39.98%。熱泵的效率與建筑物室內(nèi)和室外環(huán)境的溫差有關(guān)，溫差越小，熱泵的效率越高。有研究表明，從熱泵機組冬季運行中除霜的角度來看，空氣源熱泵的使用不但與室外溫度有關(guān)，而且與室外大氣的相對溫度密切關(guān)系，這大大限制了它的使用范圍。采用地源熱泵系統(tǒng)，由于
4、土壤的溫度比室外空氣溫度更接近室內(nèi)的溫度，若設(shè)計合理，地源熱泵可以比空氣源熱泵具有更高效率和更好的可靠性。此外，因為相同體積流量水的熱容是空氣的3500倍，水與制冷劑的換熱效果遠(yuǎn)好于空氣與制冷劑的對流換熱，因此地源熱泵的換熱盤管要比空氣源熱泵小得多，且地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)件較少，使其運行費用可以降低。二、地源熱泵系統(tǒng)組成地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)一般由土壤熱泵空調(diào)機組、室內(nèi)末端設(shè)備和地下埋管換熱器系統(tǒng)三部分組成。地源熱泵空調(diào)機組是一種水冷式的供冷/供熱機組。機組由封閉式壓縮機、同軸套管式水/制冷劑熱交換器、熱力膨脹閥（或毛細(xì)膨脹管）、四通換向閥、空氣側(cè)盤管、風(fēng)機、空氣過濾器、安全控制等所組成。機組本身帶有一套可逆的制冷/制熱裝置，是一種可直接用于供冷/供熱的熱泵空調(diào)
5、機組。在冬季，地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的封閉管道（稱為環(huán)路）從大地收集自然界的熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶到室內(nèi)，再由裝在室內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)驅(qū)動的壓縮機和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內(nèi)；在夏季，此運行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內(nèi)抽出的多余熱量排入環(huán)路而為大地所吸收，使房屋得到供冷，尤如電冰箱那樣，從冰箱內(nèi)部抽出熱量并將它排出箱外使箱內(nèi)保持低溫。地源熱泵機組采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，需要時各部件的修配和更換很方便。因為設(shè)3計簡單，并不需要高技術(shù)的操作工程人員的服務(wù)。唯一需要經(jīng)常保養(yǎng)的是空氣過濾網(wǎng)和凝結(jié)水盤的清潔。系統(tǒng)設(shè)計簡單，靈活、安裝快速。機組已在工廠組裝好并自帶溫度控制裝置，現(xiàn)場工作只是少量低壓風(fēng)管、電氣連接裝置不需要保溫的水管的連接。
6、管道可采用鋼管、銅管或塑料管。維修方便快捷，機組結(jié)構(gòu)堅固，壽命長久。熱泵機組的功率系數(shù)（COP）可達(dá)到4以上，即1千瓦電輸入，有4千瓦冷量輸出的高效率。三、地源熱泵與常規(guī)中央空調(diào)的比較項目地源熱泵中央空調(diào)溴化鋰吸收式直燃機組水冷機組+燃油（氣）熱水鍋爐水冷機組+電熱鍋爐家用空調(diào)占地面積機房占地面積小,可采用小機組靈活安裝在各個房間,可不用專用機房。機房占用面積較大。需要冷凍房和鍋爐房，占用面積較大。需要冷凍房和鍋爐房，占用面積較大。安裝在屋面或室外，安裝煩瑣，維修不便。冷水機組20年冷水機組20年設(shè)備壽命25年10—15年燃油鍋爐10年電鍋爐15年10年水資源消耗利用土壤和地下水的熱量，不消耗水資源。夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1-2%，冬季供熱的排污補水。
7、夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1-2%，冬季供熱的排污補水。夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1-2%，冬季供熱的排污補水。不消耗水資源。能源消耗電能，能效比為4-6以上。燃油或燃?xì)?，能源利用系?shù)80%。夏季：利用電能,能效比為3.5-4.5，冬季：燃油或燃?xì)?能源利用系數(shù)80%。夏季：利用電能,能效比為3.5-4.5,冬季：燃油或燃?xì)猓茉蠢孟禂?shù)90-95%。電能,額定工況下能耗比3.0-3.5,隨氣溫不同有較大變化。環(huán)境保護(hù)無燃燒，無污染。有燃燒污染，冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染。有燃燒污染，冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染。無燃燒污染，冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染。噪音較大設(shè)備維護(hù)和運行費用系統(tǒng)組成簡單，運行費用低，維護(hù)方便，節(jié)約50-80%費用。水泵和冷卻
8、塔能耗較大,機組冷量衰減快,維護(hù)和運營費用高。需要制冷和加熱兩套機組和人員，運行維護(hù)復(fù)雜，鍋爐房需要設(shè)置安全措施。需要制冷和加熱兩套機組和人員，運行維護(hù)復(fù)雜，冬季運行費用高。熱泵性能受到氣溫影響大，運行費用較高?？刂旗`活性可分區(qū)域控制，各區(qū)域可單獨制冷或制熱，互不影響。集中控制，不能單獨選擇制冷或制熱。集中控制，不能單獨選擇制冷或制熱。集中控制，不能單獨選擇制冷或制熱。集中控制，不能單獨選擇制冷或制熱。4投資可分期投資，根據(jù)需要逐臺加裝地源熱泵機組。必須一次性投資。必須一資性投資。必須一資性投資?？煞制谕顿Y。四、地源熱泵系統(tǒng)的形式1、地下水系統(tǒng)（開環(huán)）地下水系統(tǒng)（開環(huán)）以地球作為自然熱源及冷源的應(yīng)用已近40年了，地下水系統(tǒng)吸取水井從地表土壤層中吸取熱量，與
9、地?zé)岜脵C組的熱交換器中的制冷劑進(jìn)行熱交換，然后由回水井回到地表土壤層或按當(dāng)?shù)匾?guī)章簡單排放。不管外界是冷或熱，地下水的溫度保持非常穩(wěn)定（通常冬夏溫差1℃之內(nèi)），地下水系統(tǒng)很適用于已有水井的家庭或地下水源豐富的住家。當(dāng)系統(tǒng)可以利用地下水時，安裝的費用將是最低的，但由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。2、垂直系統(tǒng)（閉環(huán)）土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是以大地為熱源對建筑進(jìn)行空調(diào)，冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高品位對建筑供暖，同時儲存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對建筑進(jìn)行降溫，同時儲存熱量，以備冬用。土壤熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)采用的是深層土壤（垂直埋管）形式。深層土壤（垂直埋管）形式埋管深度約60
10、米左右，熱源穩(wěn)定且置于土壤中進(jìn)行封閉式熱交換而不抽取地下水，對地下水無污染，是目前主要采取的一種地源熱泵形式。3、水平系統(tǒng)（閉環(huán)）與垂直系統(tǒng)性質(zhì)一樣，水平系統(tǒng)通過埋在地下的密封及耐壓的塑質(zhì)閉式管路系統(tǒng)，水或防凍溶液在管路中循環(huán)，管路放置于水平溝渠中，而不是放置于垂直孔井中，深度為1.2-1.8米，水平系統(tǒng)適合于面積比較空曠區(qū)域，在北方冬季應(yīng)用有防凍處理。4、湖/地系統(tǒng)（閉環(huán)）是具有節(jié)能優(yōu)點的最經(jīng)濟的閉環(huán)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)利用附近的池或湖，與垂直系統(tǒng)及水平系統(tǒng)一樣，水或防凍溶液在密閉的塑質(zhì)閉式及耐壓的塑質(zhì)閉式管路系統(tǒng)中循環(huán)，管路系統(tǒng)侵入池中或湖中，而不是將管路放置于垂直井中或水5平溝渠中，可以利用池或湖水的穩(wěn)定溫度，而且具有顯著的散熱性能，不需要鉆井，只需少量的
11、溝渠，費用降低。五、地源熱泵系統(tǒng)的特點1、利用可再生能源，環(huán)保效益好。地源熱泵系統(tǒng)不用抽取地下水，對環(huán)境無污染，無室外機，不于室外空氣接觸，又對建筑物里外無任何影響，是目前倡導(dǎo)的綠色建筑空調(diào)系統(tǒng)的典型代表。2、高效節(jié)能，運行費用低。地源熱泵機組采用溫度恒定的底下土壤或水源作為能源，能效比COP在3.5～4.5之間，比空氣源熱泵高出40%左右，運行費用比常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)低40%～50%，比空氣源熱泵系統(tǒng)低30%～40%。根據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵系統(tǒng)平均可節(jié)約用戶30%～40%的運行費用。在電力等資源緊張的今天，使用地源熱泵系統(tǒng)更符合國家建設(shè)節(jié)約性社會的要求。3、運行安全穩(wěn)定，可靠性高。無燃燒設(shè)備，無爆炸隱患，使用安全。如使用燃油、燃?xì)?br> 12、鍋爐供暖，其燃燒產(chǎn)物對居住環(huán)境污染及重，影響人們的生命健康。地源熱泵利用常年溫度恒定的地下土壤或水源，夏季不會向大氣中排除廢熱，加劇城市的“熱島”效應(yīng)；冬季不受外界氣候影響，運行穩(wěn)定可靠，不存在空氣源熱泵除霜和供熱不足的問題。4、空調(diào)主機便于布置，使用范圍廣泛?？照{(diào)主機體積小，機組安裝在儲藏室等輔助空間，即可制冷，又可制熱，也不需要較高的入戶電容量。（未完，待續(xù)）
