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地源熱泵 高效節能的空調設備

作者:admin 上傳時間:2011-10-29 20:58:08 點擊次數:3931次

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   地源熱泵是一種利用淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的即可供熱又可制冷的高效節能空調設備;利用地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進行能量轉換的供暖制冷空調系統。地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。地源熱泵技術的成功使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為現實。

定義:把地面做低溫熱源的熱泵,即從地面土壤中吸熱來取暖的循環設備。

地源熱泵簡介

地源熱泵概述

地源熱泵是一種利用淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的即可供熱又可制冷的高效節能空調設備。地熱熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源,即在冬季,把地能中的熱量取出來,提高溫度后,供給室內采暖;夏季,把室內的熱量取出來,釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1KW的能量,用戶可以得到4kw以上的熱量或冷量。

 

地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源,即在冬季,把地能中的熱量“取”出來,提高溫度后,供給室內采暖;夏季,把室內的熱量取出來,釋放到地下去。通常地源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。

冷熱源

 

目前,地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為水源熱泵的冷熱源。

水源/地源熱泵有開式和閉式兩種。

開式系統:是直接利用水源進行熱量傳遞的熱泵系統。該系統需配備防砂堵,防結垢、水質凈化等裝置。

閉式系統:是在深埋于地下的封閉塑料管內,注入防凍液,通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統。閉式系統不受地下水位、水質等因素影響。

1、垂直埋管--深層土壤

垂直埋管可獲取地下深層土壤的熱量。垂直埋管通常安裝在地下50-150米深處,一組或多組管與熱泵機組相連,封閉的塑料管內的防凍液將熱能傳送給熱泵,然后由熱泵轉化為建筑物所需的暖氣和熱水。垂直埋管是地源熱泵系統的主要方式,得到各個國家的政府部門大力支持。

2、水平埋管--大地表層

在地下2米深處水平放置塑料管,塑料管內注滿防凍的液體,并與熱泵相連。水平埋管占地面積大,土方開挖量大,而且地下換熱器受地表氣候變化的影響。

3、地表水

江、河、湖、海的水以及深井水統稱地表水。地源熱泵可以從地表水中提取熱量或冷量,達到制熱或制冷的目的。利用地表水的熱泵系統造價低,運行效率高,但受地理位置(如江河湖海)和國家政策(如取深井水)的限制。

可再生性

地源熱泵是一種利用地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進行能量轉換的供暖制冷空調系統,地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。地表土壤和水體是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量);它又是一個巨大的動態能量平衡系統,地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散相對的平衡,地源熱泵技術的成功使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為現實。

高效節能

地源熱泵機組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃,溫度比環境空氣溫度高,熱泵循環的蒸發溫度提高,能效比也提高;土壤或水體溫度夏季為18-32℃,溫度比環境空氣溫度低,制冷系統冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式,機組效率大大提高,可以節約30--40%的供熱制冷空調的運行費用,1KW的電能可以得到4KW以上的熱量或5KW以上冷量。

與鍋爐(電、燃料)供熱系統相比,鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70~90%的燃料內能為熱量,供用戶使用,因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能,比燃料鍋爐節省約二分之一的能量;由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,一般為10~25℃,其制冷、制熱系數可達3.5~4.4,與傳統的空氣源熱泵相比,要高出40%左右,其運行費用為普通中央空調的50~60%。因此,近十幾年來,尤其是近五年來,地源熱泵空調系統在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發展,中國的地源熱泵市場也日趨活躍,可以預計,該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。

比較后可得出地源熱泵是所有加熱方式中最節約能源的。

地源熱泵空調系統在各方面都比傳統空調系統表現優秀。

300平米別墅,供暖季供暖和生活熱水運行費用與其它供暖方式相比:

注:表三研究對象為北京的一套高檔別墅,面積為300平米,采用1臺DL-A120機組,由達隆公司設計并完成施工安裝。各種價格參數取自市政府相關部門發布的《2004年度北京能源利用報告》,以及《2006年度北京能源利用報告》,2個年度的能源價格變動較大。本表按用戶每天運行15小時,一個采暖季計算。

 

優點

環境和經濟效益顯著

地源熱泵機組運行時,不消耗水也不污染水,不需要鍋爐,不需要冷卻塔,也不需要堆放燃料廢物的場地,環保效益顯著。地源熱泵機組的電力消耗,與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上;與電供暖相比可以減少70%以上,它的制熱系統比燃氣鍋爐的效率平均提高近50%,比燃氣鍋爐的效率高出了75%。

一機多用,應用廣泛

地源熱泵系統可供暖、空調制冷,還可提供生活熱水,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,特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優點。不僅節省了大量的能量,而且用一套設備可以同時滿足供熱、供冷、供生活用水的要求,減少了設備的初投資,地源熱泵可應用于賓館、居住小區、公寓、廠房、商場、辦公樓、學校等建筑,小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。

自動運行

地源熱泵機組由于工況穩定,可以設計成簡單的系統,部件較少,機組運行可靠,維護費用用低,自動控制程度高,使用壽命長。 

工作原理

在自然界中,水總是由高處流向低處,熱量也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處,實現水由低處向高處流動,熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。 所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置,工作時它本身消耗很少一部分電能,卻能從環境介質(水、空氣、土壤等)中提取4-7倍于電能的裝置,提升溫度進行利用,這也是熱泵節能的原因?!〉卦慈缺檬僑缺玫囊恢?,是以大地或水為冷熱源對建筑物進行冬暖夏涼的空調技術,地源熱泵只是在大地和室內之間“轉移”能量。利用極小的電力來維持室內所需要的溫度。 在冬天,1千瓦的電力,將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內。在夏天,過程相反,室內的熱量被熱泵轉移到土壤或水中,使室內得到涼爽的空氣。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復始,將建筑空間和大自然聯成一體。以最小的低價獲取了最舒適的生活環境。

熱泵原理

熱泵機組裝置主要有:壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹閥四部分組成,通過讓液態工質(制冷劑或冷媒)不斷完成:蒸發(吸取環境中的熱量) →壓縮→冷凝(放出熱量)→節流→再蒸發的熱力循環過程,從而將環境里的熱量轉移到水中。

壓縮機(Compressor):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(Evaporator):是輸出冷量的設備,它的作用是使經節流閥流入的制冷劑液體蒸發,以吸收被冷卻物體的熱量,達到制冷的目的;

冷凝器(Condenser):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(Expansion Valve)或節流閥(Throttle):對循環工質起到節流降壓作用,并調節進入蒸發器的循環工質流量。 根據熱力學第二定律,壓縮機所消耗的功(電能)起到補償作用,使循環工質不斷地從低溫環境中吸熱,并向高溫環境放熱,周而往復地進行循環。

熱泵分類

熱泵是需要冷凝器的熱量,蒸發器則從環境中吸熱,此時從環境取熱的對象稱為熱源;相反制冷是需要蒸發器的冷量,冷凝器則向環境排熱,此時向環境排熱的對象稱為冷源。

蒸發器冷凝器根據循環工質與環境換熱介質的不同,主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。 熱泵根據與環境換熱介質的不同,可分為:水—水式,水—空氣式,空氣—水式,和空氣—空氣式共四類。 利用空氣作冷熱源的熱泵,稱之為空氣源熱泵??掌慈缺糜兇龐憑玫睦?,而且其安裝和使用都很方便,應用較廣泛。但由于地區空氣溫度的差別,在我國典型應用范圍是長江以南地區。在華北地區,冬季平均氣溫低于零攝氏度,空氣源熱泵不僅運行條件惡劣,穩定性差,而且因為存在結霜問題,效率低下。 利用水或地熱作冷熱源的熱泵,稱之為地源熱泵。水和地熱是一種優良的熱源,其熱容量大,傳熱性能好,一般地源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵,但地源熱泵的應用常受到水源或地熱的限制。

地源熱泵原理

地源熱泵則是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源,冬季把地能中的熱量“取”出來,供給室內采暖,此時地能為“熱源”;夏季把室內熱量取出來,釋放到地下水、土壤或地表水中,此時地能為“冷源”。

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