摘要:地源熱泵系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點,具有很大的發(fā)展?jié)摿Α１疚臄⑹隽说卦吹奶攸c、國內(nèi)外的發(fā)展史以及原理。
關(guān)鍵詞:地源熱泵特點發(fā)展史 工作原理 種類
一、引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展,人們對室內(nèi)環(huán)境和環(huán)保的要求也日益提高。如何尋求一種低排放的清潔能源也擺在我們建筑從業(yè)者的面前,但地源熱泵技術(shù)的出現(xiàn)讓我們看到了希望。
二、特點
1)高效:一般空調(diào)對著空氣換熱稱為風(fēng)冷熱泵,缺點在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在16℃左右,略高于該地區(qū)平均溫度1到2度,使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點。
2)節(jié)能省費用:冬季運行時,COP約為4.2,即投入1KW電能,可得到4KW的熱能,夏季運行時,COP可達(dá)5.3,投入1KW電能,可得到5KW的冷量,能源利用效率為電采暖方式的3-4倍。
3)環(huán)保:供熱時沒有燃燒過程,避免了排煙污染,供冷時省了冷卻塔,避免了噪音及霉菌污染。
4)一機(jī)多用:地源熱泵系統(tǒng)可供暖,空調(diào),還可供生活熱水,一機(jī)多用,一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。
5)可再生:土壤有較好的蓄 熱性能,冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖,同時蓄存冷量,以備夏用;夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫,同時蓄存熱量,以備冬用,保證大地?zé)崃康钠胶狻?nbsp;
三、地源熱泵的發(fā)展歷史
地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個專利,而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。如美國,1985年全國共有14,000臺地源熱泵,而1997年就安裝了45,000臺。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會,該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃到2010年達(dá)到每年安裝80萬臺地源熱泵的目標(biāo),屆時將降低溫室氣體排放1百萬噸,每年節(jié)約能源費用再增加1.7億美元。
在我國,地源熱泵的研究起始于20世紀(jì)80年代,最近5年該項技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通界熱門的研究課題,也開始應(yīng)用于工程實踐,與此相關(guān)的熱泵產(chǎn)品應(yīng)運而生,掀起了一股"地?zé)峥照{(diào)"的熱潮。從90年代開始,每屆全國暖通制冷學(xué)術(shù)年會上都有“熱泵應(yīng)用”的專題;2000年6月19～23日,中美地源熱泵技術(shù)交流會在北京召開,會議介紹了地源熱泵技術(shù),國外的應(yīng)用狀況和在中國的推廣。
四、地源熱泵的工作原理
地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。
地源熱泵機(jī)組的運行靠少量的電力來驅(qū)動,它的工作原理是通過向機(jī)房系統(tǒng)內(nèi)的熱泵機(jī)組輸入一定電能驅(qū)動壓縮機(jī)做功,使機(jī)組中的介質(zhì)反復(fù)發(fā)生蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱的物理相變過程,從而將地源系統(tǒng)中的能量提取和傳導(dǎo)到用戶系統(tǒng),實現(xiàn)空間上的熱量交換和傳遞轉(zhuǎn)移。
在冬季,把土壤中的熱量“取”出來,提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖,在夏季,把室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到土壤中去,并且常年能保證地下溫度的均衡。
五、地源熱泵的種類及特點
1) 地下水源熱泵
歐美國家最常用的地源熱泵系統(tǒng)是地下水熱泵系統(tǒng),其的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經(jīng)過換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng),但對于較大的應(yīng)用項目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。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,同時出于對地下水資源的保護(hù),通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。由于地下水溫常年基本恒定,夏季比室外空氣溫度低,冬季比室外空氣溫度高,且具有較大的熱容量,因此地下水熱泵系統(tǒng)的效率比空氣源熱泵高,COP值一般在3～4.5,并且不存在結(jié)霜等問題。最近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)在我國得到了迅速發(fā)展。
2) 土壤源熱泵
土壤源熱泵是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。通常稱之為“閉路地源熱泵”,以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng),或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環(huán)液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉地下埋管中的流動,實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。根據(jù)地下熱交換器的布置形式,主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三類。
垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式,按其埋管深度可分為淺層(<30m),中層(30～100m)和深層(>100m)三種。
水平埋管換熱器有單管和多管兩種形式。其中單管水平換熱器占地面積最大,雖然多管水平埋管換熱器占地面積有所減少,但管長應(yīng)相應(yīng)增加來補(bǔ)償相鄰管間的熱干擾。
蛇行埋管換熱器比較適用于場地有限又較經(jīng)濟(jì)的情況下。雖然挖掘量只有單管水平埋管換熱器20%～30%,但是用管量會明顯增加。這種方式優(yōu)缺點類似于水平埋管換熱器,所以有的文獻(xiàn)將其歸入水平埋管換熱器。
3) 地表水源熱泵
地表水地源熱泵系統(tǒng)由潛在水面以下的、多重并聯(lián)的塑料管組成的熱交換器取代了土壤熱交換器,與土壤熱交換地源熱泵一樣,它們被連接到建筑物中,并且在北方地區(qū)需要進(jìn)行防凍處理。
地表水熱泵系統(tǒng)的一個熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫?zé)嵩词侵档每紤]的一種空調(diào)熱泵的型式。
六、結(jié)語
在建筑供熱空調(diào)中采用熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率,減少溫室效應(yīng)氣體CO2和其他燃燒產(chǎn)生的污染物的排放,是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。在我國地源熱泵的推廣需要政府的政策的引導(dǎo)對設(shè)計和施工人員的培訓(xùn)相關(guān)設(shè)備及材料的配套以及提高公眾對地源熱泵技術(shù)的了解程度。在供熱空調(diào)中應(yīng)用熱泵技術(shù)的主要制約因素曾經(jīng)是電力供應(yīng)不足和人民群眾消費水平較低,對熱泵空調(diào)系統(tǒng)的市場需求尚未成形。隨著改革開放以來我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,以上兩個制約因素已不復(fù)存在,空調(diào)和供熱已成為普通百姓的需求,并逐漸向農(nóng)村和南方擴(kuò)展,市場前景會很好。
