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以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端系统。
(1)地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
(2)地源热泵属经济有效的节能技术。其地源热泵的COP值达到了4以上,也就是说消耗1KWh的能量,用户可得到4KWh以上的热量或冷量。
(3)地源热泵环境效益显著。其装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。
(4)地源热泵一机多用,应用范围广。地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于别墅住宅的采暖。
(5)地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的机械运动部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候,机组紧凑、节省空间;自动控制程度高,可无人值守。
由以上的特点可以看出,地源热泵技术以后可得到广泛的应用。
水源/地源热泵有开式和闭式两种。
开式系统:
开式系统是指地表水在循环泵的驱动下,经过处理直接流经水源热泵机组或者通过中间换热器进行热交换的系统。
闭式系统:
是在深埋于地下的封闭塑料管内,注入防冻液,通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。
1、垂直埋管--深层土壤
垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处,一组或多组管与热泵机组相连,封闭的塑料管内的防冻液(塑料管中是水,水中的防冻液根据当地气候条件决定加多少)将热能传送给热泵,然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式,得到各个国家的政府部门大力支持。
2、水平埋管--大地表层 在地下2米深处水平放置塑料管,塑料管内注满防冻的液体,并与热泵相连。水平埋管占地面积大,土方开挖量大,而且地下换热器受地表气候变化的影响。
地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空调系统,地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量);它又是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡,地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。如果实行冬夏连用,地源热泵的系统将具有更高的稳定性(土壤越深中间存在的空气含量越低,受地面温度影响越小),能够实现理论上的可再生。
地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22℃,温度比环境空气温度高,热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高;土壤或水体温度夏季为18-32℃,温度比环境空气温度低,制冷系统冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率大大提高,可以节约30--40%的供热制冷空调的运行费用,1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。
与锅炉(电、燃料)供热系统相比,锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~25℃,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50~60%。因此,近十几年来,地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展,中国的地源热泵市场也日趋活跃,可以预计,该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
表一:
地源热泵与其它加热方式相比的能源消耗情况比较:
比较后可得出地源热泵是所有加热方式中最节约能源的。
表二:地源热泵空调系统与传统的中央空调系统各方面的特点相比:
地源热泵空调系统在各方面都比传统空调系统表现优秀。
表三:300平米别墅,供暖季供暖和生活热水运行费用与其它供暖方式相比:
注:表三研究对象为北京的一套高档别墅,面积为300平米。各种价格参数取自市政府相关部门发布的《2004年度北京能源利用报告》,以及《2006年度北京能源利用报告》,2个年度的能源价格变动较大。本表按用户每天运行15小时,一个采暖季计算。
环境和经济效益显著
地源热泵机组运行时,不消耗水也不污染水,不需要锅炉,不需要冷却塔,也不需要堆放燃料废物的场地,环保效益显著。地源热泵机组的电力消耗,与空气源热泵相比也可以减少40%以上;与电供暖相比可以减少70%以上,它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%,比燃气锅炉的效率高出了75%。
一机多用,应用广泛
地源热泵系统可供暖、空调制冷,还可提供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统,特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物。地源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量的能量,而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求,减少了设备的初投资,地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑,小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
维护费用低并可无人值守
地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,其系统不是埋在地下就是安装在室内,不暴露在风雨中,机组紧凑、节省空间,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。自动控制程度高,可无人值守、远程管理,无需雇佣人员看管。
污染小
地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少38%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,真正的实现了节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。
维护简单
地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,系统安装在室内,不暴露在风雨中,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。
寿命长
地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管,寿命可达50年,要比普通空调高35年使用寿命。
维持生态环境平衡
地源热泵夏天把室内的热量排到地下,冬天把地下的热量取出来供室内使用,相对来说,向环境排放更少的能量,维持生态环境的平衡。
节省空间
没有冷却塔、锅炉房和其它设备,省去了锅炉房,冷却塔占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象。
地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。
根据地热能交换系统形式的不同,地源热泵系统分为埋管式地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵。
埋管式地源热泵系统分为开式和闭式两种。
开式系统:
开式系统是指地表水在循环泵的驱动下,经过处理直接流经水源热泵机组或者通过中间换热器进行热交换的系统。
闭式系统:
是在深埋于地下的封闭塑料管内,注入防冻液,通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。
1、垂直埋管--深层土壤
垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处,一组或多组管与热泵机组相连,封闭的塑料管内的防冻液(塑料管中是水,水中的防冻液根据当地气候条件决定加多少)将热能传送给热泵,然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式,得到各个国家的政府部门大力支持。
2、水平埋管--大地表层 在地下2米深处水平放置塑料管,塑料管内注满防冻的液体,并与热泵相连。水平埋管占地面积大,土方开挖量大,而且地下换热器受地表气候变化的影响。
在自然界中,水总是由高处流向低处,热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处,实现水由低处向高处流动,热泵同样可以把热量从低温传递到高温。
所以热泵实质上是一种热量提升装置,工作时它本身消耗很少一部分电能,却能从环境介质(水、空气、土壤等)中提取4-7倍于电能的装置,提升温度进行利用,这也是热泵节能的原因。
地源热泵是热泵的一种,是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术,地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来维持室内所需要的温度。
在冬天,1千瓦的电力,将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天,过程相反,室内的热量被热泵转移到土壤或水中,使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始,将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。
热泵机组装置主要有:压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成,通过让液态工质(制冷剂或冷媒)不断完成:蒸发(吸取环境中的热量) →压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程,从而将环境里的热量转移到水中。 压缩机(Compressor):起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用,是热泵(制冷)系统的心脏; 蒸发器(Evaporator):是输出冷量的设备,它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发,以吸收被冷却物体的热量,达到制冷的目的; 冷凝器(Condenser):是输出热量的设备,从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走,达到制热的目的; 膨胀阀(Expansion Valve)或节流阀(Throttle):对循环工质起到节流降压作用,并调节进入蒸发器的循环工质流量。 根据热力学第二定律,压缩机所消耗的功(电能)起到补偿作用,使循环工质不断地从低温环境中吸热,并向高温环境放热,周而往复地进行循环。
热泵是需要冷凝器的热量,蒸发器则从环境中吸热,此时从环境取热的对象称为热源;相反制冷是需要蒸发器的冷量,冷凝器则向环境排热,此时向环境排热的对象称为冷源。
蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同,主要分为空气换热和水换热两种形式。 热泵根据与环境换热介质的不同,可分为:水—水式,水—空气式,空气—水式,和空气—空气式共四类。 利用空气作冷热源的热泵,称之为空气源热泵。空气源热泵有着悠久的历史,而且其安装和使用都很方便,应用较广泛。但由于地区空气温度的差别,在我国典型应用范围是长江以南地区。在华北地区,冬季平均气温低于零摄氏度,普通空气源热泵不仅运行条件恶劣,稳定性差,而且因为存在结霜问题,效率低下、新出了一款超低温空气源热泵专门针对华北地区的,超低温空气源热泵稳定性好,效率高,具有高效除霜功能。 利用水或地热作冷热源的热泵,称之为地源热泵。水和地热是一种优良的热源,其热容量大,传热性能好,一般地源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵,但地源热泵的应用常受到水源或地热的限制。
地源热泵系统按其循环形式可分为:闭式循环系统、开式循环系统和混合循环系统。对于闭式循环系统,大部分地下换热器是封闭循环,所用管道为高密度聚乙烯管。管道可以通过垂直井埋入地下150-200英尺深,或水平埋入地下4-6英尺处,也可以置池塘的底部。在冬天,管中的流体从地下抽取热量,带入建筑物中,而在夏天则是将建筑物内的热能通过管道送入地下储存;对于开式循环系统,其管道中的水来自湖泊、河流或者竖井之中的水源,在以与闭式循环相同的方式与建筑物交换热量之后,水流回到原来的地方或者排放到其它的合适地点;对于混合循环系统,地下换热器一般按热负荷来计算,夏天所需的额外的冷负荷由常规的冷却塔来提供。
工作原理
地源热泵则是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源,冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。
图1为开式地源热泵系统。图2为冬季地源热泵供暖原理图。
空气源 水源 土壤源
地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类,从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。
用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应,多用于小型住宅,别墅等户式空调。
热泵布置在机房内,冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。
用中央水泵,采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源,用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等,此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上,便于计量,适用于独立热计量要求。
将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统,混合系统与分散系统非常类似,只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。
1.埋管式地源热泵
水平式地源热泵
通过水平埋置于地表面2~4M以下的闭合换热系统,它与土壤进行冷热交换。此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物,如别墅和小型单体楼。该系统初投资和施工难度相对较小,但占地面积较大。
垂直式地源热泵
通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M~400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物,周围有一定的空地,如别墅和写字楼等。该系统初投资较高,施工难度相对较大,但占地面积较小。
2.地表水式地源热泵
地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。此种系统适合于中小制冷供暖面积,临近水边的建筑物。它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性,不需钻井挖沟,初投资最小。但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域。
3.地下水式地源热泵
地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。此系统适合建筑面积大,周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。
在制冷状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中,通过冷媒-空气热交换器,以13℃以下的冷风的形式为房供冷。
在制热状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量,通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝,由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。地源热泵将地下的热量不断转移至室内的过程中,以35℃以上热风的形式向室内供暖。
目前地源热泵的技术存在的最大不足是"土壤热不平衡"的问题 。南方地区以供冷为主,常年向地下注入热量;而北方地区冬季供暖需求大,从土壤中大量吸热,长年运行后将导致土壤温度失衡,系统效率降低,影响周围生态。
夏热冬冷地区的夏季供冷量往往大于冬季供热量,多出的热量可通过冷却塔散去,也可通过余热回收系统,用于供应生活热水,从一定程度上缓解土壤热不平衡的问题。
其次,地源热泵应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同;采用地下水的利用方式,会受到当地地下水资源的制约;打井埋管受场地限制比较大,必须有足够的面积用于打井和埋管;设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求,要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡。
美国(The United States) 1946年,美国第一台地源热泵系统在俄勒冈州的波特兰市中心区安装成功。
1973年,美国阿克拉荷马大厦安装了地源热泵空调系统,并且进行全面的系统研究。
1978年,美国能源部(DOE)开始对地源热泵投入了大量的科技研发基金。
1979年,美国阿克拉荷马州能源部成立了地源热泵系统科技研发基金会。
1987年,国际地源热泵协会(IGSHPA)在阿克拉荷马州大学成立。
1988年,美国俄克拉荷马商务部开始对地源热泵进行商务推广。
1993年,美国环保署(EPA)大力宣传地源热泵系统,加深美国民众对地源热泵的认识。
1994年,美国政府第一套地源热泵空调系统在俄勒冈州国会大学安装,地源热泵从此在美国政府,军队,电力公司等得到了大量应用。
1998年,美国环保署(EPA)颁布法规,要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地源热泵系统。美国总统布什在他的得克薪斯州宅邸中也安装了地源热泵空调系统。 全球75%的地源热泵系统安装在北美地区。
美国:是世界上地源热泵生产、使用和发展的头号大国,
1985年:美国安装的地源热泵为14,000台;
1997年:45,000台;
2000年:400,000台;
2004年:670,000台;
2005年:1,000,000台。
加拿大:2005年地源热泵系统新增比例增加了50%。
瑞士、挪威:是世界上地源热泵应用人均比例最高的国家,应用比例高达96%。
奥地利:应用比例为45%。
丹麦:应用比例为35%。
日本:是亚洲地源热泵技术最先进,使用比例最高的国家。
中国(China) 1997年,美国能源部(DOE)和中国科技部签署了《中美能效与可再生能源合作议定书》,其中主要内容之一是“地源热泵”项目的合作。
1998年,国内重庆建筑大学、青岛建工学院、湖南大学、同济大学等数家大学开始建立了地源热泵实验台,对地源热泵技术进行研究。
2006年,1月,国家建设部颁布《地源热泵系统工程技术规范国家标准》。
2006年,9月,沈阳被国家建设部确定为地源热泵技术推广试点城市,到2010年底,实现全市地源热泵技术应用面积约占供暖总面积的1/3。
2006年,12月,建设部发布文件《“十一五”重点推广技术领域》。作为新型高效,可再生能源新技术的水源热泵技术被列入目录。
地源热泵是一种利用地球表面浅层水源(地下水、海水、河水和湖水等)或地下土壤热源的低品位热源,通过热泵、制冷循环,制取冷量供夏天空调使用、制取热量供冬天取暖使用。
地源热泵制热要比常规的电制热或燃油、燃气制热经济,通常制取相同的热量,地源热泵的耗电量只有电热耗电量的1/4到1/5。因此,地源热泵市场广阔。
“十二五”期间,中国预计将完成地源热泵供暖(制冷)面积3.5亿平方米左右,届时整个地热能开发利用的市场规模总计将超过700亿元。
能源局等4部委发布促进地热能开发利用指导意见〔2013〕48 号
到2015年,基本查清全国地热能资源情况和分布特点,建立国家地热能资源数据和信息服务体系。全国地热供暖面积达到5 亿平方米,地热发电装机容量达到10万千瓦,地热能年利用量达到2000万吨标准煤,形成地热能资源评价、开发利用技术、关键设备制造、产业服务等比较完整的产业体系。
到2020年,地热能开发利用量达到5000万吨标准煤,形成完善的地热能开发利用技术和产业体系。
应用弊端与选择
地源热泵的技术最大不足是“冷热失衡”的问题。南方地区以供冷为主,常年向地下转移热量;而北方地区冬季供暖需求大,从土壤中大量吸收热量。一般运行五到七年后,设施浅层地表由于冷热使用失衡,导致地下蓄能偏冷或偏热。常年制冷量大的区域,地下蓄能温度偏高;供暖利用率大的区域,蓄能温度偏低,从而导致系统温差小,换热效率降低,从而降低了设备效率,同时影响周围生态结构。
因此,地源热泵应用受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同;采用地下水的利用方式,会受到当地地下水资源的制约;打井埋管受场地限制比较大,必须有足够的面积用于打井和埋管;设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求,要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡。
《水源热泵机组》GB/T19409-2003
《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组工商业用和类似用途的冷水(热泵)机组》GB/T18430.1-2001
《制冷和供热用机械制冷系统安全要求》GB9237-2001
《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577-2004
《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012
《室外给水设计规范》GB50013
《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009
《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101
《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268
《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243
地源热泵简介地源热泵概述
仅供个人参考 不得用于商业用途 地源热泵简介地源热泵概述 地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地 表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。 地源热泵通过输入少量的高品位能源 (如电能),实现由低温位热能向高 温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源,即 在冬季,把地能中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室 内的热量取出来,释放到地能中去。通常地源热泵消耗 1kWh 的能量,用户 可以得到 4kWh 以上的热量或冷量。 地源热泵由来 "地源热泵 "的概念,最早于 1912 年由瑞士的专家提出,而该技术 的提出始于英、 美两国。 北欧国家主要偏重于冬季采暖, 而美国则注重冬夏 联供。由于美国的气候条件与中国很相似,因此研究美国的地源热泵应用情 况,对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。 编辑本段地源热泵的热源 地 源热泵 目前,地源
地源热泵-地源热泵系统的介绍
地源热泵 - 地源热泵系统的介绍 地源热泵 地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表 水等)的既可供热又可制冷的高效节能 空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位 能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的 热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供 给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地下去。通常地源热泵消耗 1kW 的能量,用户可以得到 4-5kW 以上的热量或冷量。与 锅炉 (电、燃料)供热系统相 比,锅炉供热只能将 90%以上的电能或 70~90%的燃料 内能为热量, 供用户使用, 因 此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料 锅炉 节省约二分之一 的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为 10~25℃,其制冷、制热 系数可达 4-5 ,与传统的空气源热泵相比,
相信现如今人们都希望过上舒适健康的生活,而当前生活中应用的地源热泵是比较高档的保暖设施,地源热泵在家庭中使用可以较好的提供暖气。那么,地源热泵有什么优势呢?下文为大家具体分析。
地源热泵功率—地源热泵优缺点的原理介绍
地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,热泵是利用逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方,通常都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季把热量从地下土壤中转移到建筑物内部,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内部,只是冬夏两季工作的温度范围不同而已。
地源热泵功率—地源热泵优缺点的优缺点介绍
对于垂直式埋管系统,其优点有。较小的土地占用,管路及水泵用电少,其缺点是钻井费用较高;对于水平式埋管系统,其优点有:安装费用比垂直式埋管系统低,应用广泛,使用者易于掌握,其缺点有:占地面积大,受地面温度影响大,水泵耗电量大。
地源热泵功率—地源热泵优缺点的结构介绍
地源热泵系统的组成部分。地源热泵系统由以室外系统,室内系统,机房系统三部分组成。也就是我们经常说的地源热泵空调三合一。地源热泵系统的室外系统地源热泵系统的室外系统主要由地埋管,地埋管填料,组成。 地埋管是室外地下换热器,就是降水通过地埋管在地下循环,在底下进行热交换。 地埋管填料是地埋管的辅助材料,是为了让地埋管能够更好的在底下达到换热的效果。地源热泵系统的室内系统地源热泵系统的室内系统中包含连接水管,电动二通阀门组件和风机盘管(空调),以及地暖组成。 连接水管主要的作用是进行热水和冷水的输送。
地源热泵是一种家庭生活中应用逐渐普及的一种取暖设施,使用地源热泵可以较好的改变人们生活质量。上文中讲解了地源热泵的一些特性,感兴趣的朋友们可以参考本文介绍,详细了解地源热泵的知识。
地源热泵系统介绍
地源热泵供热空调系统是目前世界上最先进的绿色空调系统。热泵供热空调系统的工作原理是利用环境(空气、水和大地)中的低品位热量,经热泵机组的工作而改变温度,进而实现对建筑物的供热和空调,同时还可以提供生活热水。
地源热泵系统通过循环液在封闭的地下埋管中流动,实现系统与大地之间的换热,利用大地岩土层中的可再生热能。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度,与室外气温相比是冬暖夏凉,因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。在热泵机组中消耗1kW的电能可以得到4kW以上的热量,即能效比大于4。此外,它保持了地下水源热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。因此它是一种可持续发展的建筑节能新技术。
1.地源热泵工作原理
地源热泵则是利用水源热泵的一种形式,它是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源,冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。
地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间换热介质为水,与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
2.地源热泵技术路线
地源热泵技术路线有以下两种:土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术
土--气型地源热泵技术以美国的技术为代表,水--水地源热泵技术以北欧的技术为代表。二者的差别是:前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热,通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。后者是从地下水中取热或向其排热,经过热泵机组转换成热水或冷水,然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。由于美国的土--气型地源热泵技术,可以不用地下水,采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式,直接从浅层土壤取效或向其排热,不受地下水开采的限制,推广的范围更大、更灵活。
3.地源分类
地源按照室外换热方式不同可分为三类:(1)土壤埋管系统,(2)地下水系统,(3)地表水系统。
根据循环水是否为密闭系统,地源又可分为闭环和开环系统。闭环系统如埋盘管方式 (垂直埋管或水平埋管),地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。
此外,还有一种“直接膨胀式”,它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量,而是直接将热泵的一个换热器(蒸发器)埋入地下进行换热。
4 地源热泵系统的形式
土-气型地源热泵系统按照室外换热方式不同分,主要有三类形式:
1)地耦管系统
该方案只需在建筑物的周边空地、道路或停车场打一些地耦管孔,室外水系统注满水后形成一个封闭的水循环,利用水的循环和地下土壤换热,将能量在空调室内和地下土壤之间进行转换。故该方案不需要直接抽取地下水,不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响,不会受到国家地下水资源政策的限制。
2)地下水系统
项目附近如果有可利用的地表水,水温、水质、水量符合使用要求,则可采用开式地表水(直接抽取)换热方式,即直接抽取地表水,将其通过板式换热器与室内水循环进行隔离换热,可以避免对地表水的污染。此种换热方式可以节省打井的施工费用,室外工程造价较低。
3)地表水系统
项目附近如果有可利用的地表水,水温、水质、水量符合使用要求,则可采用抛放地耦管换热方式,即将盘管放入河水(或湖水)中,盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。该方案不会影响热泵机组的正常使用;另一方面也保证了河水(湖水)的水质不受到任何影响,而且可以大大降低室外换热系统的施工费用。
----地源热泵的系统优势
1.高效节能
地源热泵比传统空调系统运行效率要高约30-50%;全年的运行费用要比热网集中供热或燃油燃气供热系统降低20-60%。
2.绿色环保
地源热泵系统省去锅炉和锅炉房,全年仅采用电力这种清洁能源,彻底解决了锅炉造成的大气污染的问题。由于提高了能源的利用效率,大大减少了由于建筑供热空调产生的CO2的排放量。同时避免了地下水源热泵系统可能造成的对地下水的浪费和污染。它是一种清洁的可再生能源,具有极大的环境效益。
3.一机多用
地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。机组紧凑、节省建筑空间。
4.美化建筑
系统不需锅炉和冷却塔,也不需家用空调的窗机,令建筑与环境更加赏心悦目。
5.分户计量
便于分户计量核算,计费合理方便。
6.安全可靠
地下换热器采用高密度聚乙烯塑管,寿命长达50年;热泵机组寿命20年以上。运行可靠,维护费用低廉。
----地源热泵空调系统常见技术问题解释
1.问:什么是地源热泵系统呢?
答:地源热泵是一种利用地球浅层资源(包括土壤、地下水、地表水或城市中水)的既可供暖又可制冷的高效节能的空调系统。它利用铺设在土壤、地表水等中的换热管道,实现空调房间和土壤、地表水等的换热,以达到建筑空调的效果。
2.问:地源热泵中央空调系统的节能效果如何?
答:地源热泵中央空调系统是目前国际上最先进的中央空调系统,它的制热量/制冷量和所消耗的电功率之间的比值全年平均高于4.0以上,既输入1千瓦的电能,就能够得到4千瓦以上的热量。制热能耗量较其他采暖方式减少50-70%;制冷能耗量较其他制冷方式减少40-60%。地源热泵系统会为您节省大量的运行费用和维护费用。
3.问:地源热泵系统的节能原理是什么?
答:作为地源热泵系统热量的来源(冬季)和热量的排放源(夏季)的土壤,深度在数米之下,全年温度基本恒定;冬季远高于室外空气温度,夏季又低于空气温度。因此,地源热泵的热量转移的条件远优于空气源热泵,仅需要较少的外界能源即可实现热量的顺利转移。
4.问:地源热泵系统可以同时提供制热和制冷吗?
答:可以。你可以非常方便的从采暖工况转换到制冷工况,甚至你不用到机房切换,只需要按一下安装在您的房间内的控制器。尤其是在大型建筑里面,你不用管别人是在采暖还是制冷,你所做的就是按您自己的感觉做,只要您喜欢。
5.问:地源热泵系统只用于民居建筑吗?
答:不是的。工商企业、商店、办公楼和学校、医院等建筑都可以使用该系统。事实上,仅在美国就安装了50万套左右的住宅和商住楼的地源热泵系统。根据美国环境保护署(EPA)的总结报告,学校是使用这种技术最普遍和最有效的最终用户。仅2000年一年,美国全国使用地源热泵系统的学校节省的能源总量相当于2500万美元,减少了大约5亿磅的废气排放。据EPT测算,如果美国全国的学校都用上地源热泵系统,估算美国每年将减少进口石油6100万桶,创造的环保效能相当于新种植800万英亩树林,或将400万辆汽车改装成不排放废气的车。
6.问:地源热泵系统需要多么大的机房空间?
答:地源热泵系统的热泵机组有三种:一种是小型机组,单机制冷量不大于25 kW时可装于吊顶内,不占用任何室内空间;一种是大型螺杆机组,单机制冷量一般都在几百千瓦以上,需安装在专门的机房内;还有一种是介于两者之间的,机组一般分散安装于建筑内部,不占用专门的机房空间,但需要占用一定的室内空间。总体来说,地源热泵中央空调机组占地面积约为传统空调的三分之一。
7.问:地源热泵空调系统的寿命是多少年?
答:地埋管换热部分寿命50年,热泵机组寿命25年。整个系统没有室外机组,没有风吹、日晒、雨淋、不用频繁的清洗,寿命远远长于空气源热泵的室外机组或者是水冷机组的冷却系统。
8.问:系统噪声多大?
答:地源热泵系统工作起来非常安静,它将为您提供一个宜人的室内、外环境。
9.问:地源热泵系统安全吗?
答:地源热泵机组采用全自动“傻瓜操作模式”,整个系统采取五位的超低、超高压力保护,超低、超高温度保护和压缩机卸载保护。全部机组没有直接对外散热的风扇等设备,不会对儿童造成任何伤害。
10.问:舒适性如何?
答:地源热泵采取小温差工作模式,房间内您不会感觉到任何吹风感,加上自带的新风模式,整个系统为您提供回归大自然般的宜人环境。
11.问:地源热泵系统能为我家提供热水吗?
答:当然。地源热泵系统为您提供采暖、制冷和提供生活热水。提供生活热水所消耗的电能比电热水器可少多了。
12.问:我的室内已经有现成的风机盘管系统、全空气系统或地板辐射采暖系统,可以把它改成与地源热泵系统连接吗?
答:完全可以。技术人员可能会对原有的空调末端系统提出微小的改动的建议,使供热空调效能达到最佳。但是,因为设计工作温度有较大的不同,地源热泵与传统的暖气散热器相连不是推荐的做法。
13.问:地埋管换热系统的工作效率如何呢?
答:地埋管换热系统采用最新的高科技产品,高效的换热效率,平滑的管内壁,一切都做的完美无缺。
14.问:地下埋设的闭合回路管道真的有效吗?
答:通过地下管道采集能源是热泵技术发展的最新技术成果。这一技术的理论构想产生于40年代,但是,直到最近几年热泵技术设计上的革新和地下管道材料技术的发展,才使得以地热为能源的热泵技术,达到了商业化应用的最佳要求。到目前为止,地源热泵技术在经济和技术方面已经成为与传统的供暖、制冷技术同时存在并在现实中应用的成熟技术。
15.问:地源热泵系统是怎样实现环保的?
答:首先,地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料,没有任何直接排放的污染物;其次,地源热泵将室内的热量转移到地下土壤中存放,从源头上根除了空调系统对城市热岛的影响;再次,高效的地源热泵系统采用非常严格的控制系统,实现了能量输出和建筑物能量需求的直接对应,减少了剩余能量的损耗;第四,高效的地源热泵系统,输出同等量的有用能量,仅仅消耗30-60%的电功率,高效的一次能源利用率,是地源热泵系统环保效果的最直接原因。
16.问:冻土层会影响地源热泵系统吗?
答:不会。我们的室外埋管部分仅有一小部分通过冻土层,通过我们合理的设计和安装,冻土层不会对系统的运行产生任何消极影响。
17.问:在极端低温的气候条件下,是否需要备用热源?
答:在通常的舒适性空调系统中,不需要备用热源。地表5米以下的岩土层中全年的温度基本保持不变,不受大气温度的影响,因此地源热泵系统哪怕是在很冷的天气条件下也能够提供建筑所需要的热量。
18.问:地源热泵系统是怎样实现省钱的?
答:一方面,高效的输出功率和输入功率比值。同样的建筑,您将节省下一大笔额外的运行费用;另一方面,“傻瓜操作模式”的运行管理。为您节省下一大笔管理费用和维护费用。两笔费用的节省,使您在很短的时间内就会将您的初投资全部收回。
19.问:这项技术的成本很高吗?
答:初装费用确实比传统系统要高一些,主要是铺设地埋管换热器,费用贵在设计和安装上,而您每年省下的能源费用支出,会很快抵消高出传统系统的安装费用,随着时间的推移,从能源消费的节省上,您可以很快收回投资。同时,系统近于免维护和维修,不仅节省开支,还使您的房产增值。
20.问:地源热泵中央空调系统的安装难度大吗?
答:大多数系统均可方便的实现最优化设计和安装,在改造项目里面,更能体现真正的节能和环保效果。地源热泵中央空调系统的末端部分和传统中央空调系统没什么大的区别,我们同样可以选择风机盘管加新风或者是全空气系统,也可以采用小型水环布置方式和地源热泵系统相结合。
21.问:铺设地下管道是否会破坏院内的草坪或花园景致?
答:研究和实践证明管道不会对自然环境有任何损害。平面铺设管道所挖的地沟宽度只有20厘米,当然这会暂时在草坪上留下一条裸露的地面,很容易用草籽或草皮修补。在中国主要采用竖直埋管的形式,单个钻孔直径约10厘米,占地面积更小,且埋在地下,对草坪没有任何影响。设置地埋管换热器的区域除了可用来绿化以外,也可用作停车场或运动场地等。
22.问:管道低于零下温度时,系统会受到影响吗?
答:不会。管道中的防冻液体可在-20℃时仍正常工作。
----地源热泵户式中央空调经济性分析
户式中央空调是介于中央空调系统和家用空调设备(如窗式空调器、分体式空调器等)之间的一种供暖空调方式。对于高级住宅、别墅、小型高档办公场所,安装中央空调系统显得笨拙,不易调节,还需要专业人员维护,必然造成人力物力的浪费,并且中央空调系统即使只有一家使用,空调主机也要开机运行,费用又需共同承担,极不合理;使用家用空调器又会影响建筑整体美感,并且使用舒适性也不很满意。户式中央空调施工简单,无需专业人员维护,占用空间较小,所以成为该类场所供暖空调的最佳选择。
市场上现有的户式中央空调的形式可归纳为以下几类:
1、制冷剂直接蒸发式一拖多系统。亦即使用一个室外机多个室内机组,分布在不同的房间内供暖空调。该系统安装方便,各居室温度可自由调节,管线占用空间小,但制冷剂管路长且复杂,氟利昂用量大,泄漏的危险也加大了;该系统受气候条件的制约,在-5℃以下使用时必须安装辅助加热器;该系统难以解决新风供应与冬季加湿问题;该系统价格相对较高。
2、室外机为空气-水热泵机,制备冷(热)水供应分布在不同房间内的多台风机盘管。该系统结构紧凑、安装方便,与全空气系统比较占用建筑空间较少,也易与建筑装修融为一体;风机盘管容易控制,各房间可独立控制、方便使用,较易实现节能运行,便于节电。但是该系统无新风供应,风机盘管集水盘内容易滋生细菌,水管入户,存在漏水危险,对施工要求严格;该系统也受气候条件制约,低于-5℃时无法正常工作,需安装辅助加热装置。
3、室外机为空气-空气热泵,制备冷(热)风,通过风管送到每个房间。其优点是采用全空气系统,没有漏水危险;可引入新风,可对室内空气进行过滤、加湿、除臭等处理,空气品质好,是最为接近中央空调的系统形式。其缺点是风管管径较大,占用空间较多;各个房间温度不好单独进行大幅度调节;户外温度小于-5℃时,室外机能效低,产热量低,技术安全性差。
其中,2、3种方式都使用了热泵技术,具有节能效果,但是我们不提倡使用空气源热泵,因为还存在如下一系列问题:
1、存在热岛效应,使得外界局部空间环境条件恶化。
2、当空气温度低于零度时,机组效率下降,并且当温度低于-5℃时,机组效率极低,甚至无法开机,需要附加辅助热源。
3、冬季室外机组需要除霜,浪费能源。
近年兴起了地源热泵技术,使得户式中央空调系统有了更大的发展空间,地源热泵户式中央空调系统实际上就是利用地源热泵作为户式空调的热(冷)源,室外是地源热泵机组,冬季制备热水供室内的风机盘管和地板辐射供暖管路供暖,夏季制备冷水供室内风机盘管制冷。地源热泵技术的主要优点有:
1、高效:地温一年四季基本恒定,略高于该地区的年空气平均温度,使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。
2、节能:冬季运行时,COP约为4,即投入1KW电能,可得到4KW左右的热能,夏季运行时,COP可达到投入1KW电能,可得到4KW以上的冷量,能源利用效率为电采暖方式的3-4倍;并且理管热交换器不需要除霜,减少了结霜和除霜的能耗。
3、环保:供热时省去了锅炉房系统,没有燃烧过程,避免了排烟污染,供冷时省去了冷却塔,避免了冷却塔噪音及霉菌污染。
4、节省运行费用:系统的高效率,压缩机的低功耗,使运行费用大幅减少,只有传统方式的2/3。
5、节省占地空间:省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤场和渣场,节约了土地资源,产生附加经济效益,并改善了建筑物的外部形象。
6、安全:无燃烧设备,从而不存在爆炸,燃烧的隐患。
7、可再生:土壤有较好的蓄热性能,冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温,同时蓄存热量,以备冬用,保证了大地热量的平衡。
----地源热泵户式中央空调与常规家用空调比较的技术优势
与传统中央空调和常规空用空调相比,地源热泵户式中央空调有着无可比拟的优势,具体表现在:
1、地源热泵户式中央空调的设备性能稳定,系统寿命可达20年,地埋管换热器寿命更可达40-50年,比普通分体空调器优越的多;其未端既可以使用风机盘管,也可以与地板采暖联合使用,不仅可以单独控制和随意调节各个房间温度,并且地板采暖舒适性更好。
2、地源热泵户式中央空调继承了中央空调系统的舒适性及家用空调布置的灵活性两者的优势,可以根据用户不同需要灵活设计,可以充分体现现代建筑以人为本的思想。
3、地源热泵机组不需要占用专门的机房,并且无需安装冷却塔及泵房,维修简单,运行方便,无需专业人员维护。
4、户式中央空调实现了分户计算,计费方式合理,没有了中央空调的不合理收费,还拥有中央空调的舒适性,既节省能源,又合乎公平性原则。
----经济性分析
北京100m2的家庭125天总耗热量为:100m2×125d×24h×3600×0.05kw=5400万kJ,为获得这么多热量,选用不同的采暖方式,耗用的燃料不同,燃烧效率不同,能源成本不同。现将100m2的家庭采用不同方式供暖成本计算如下:
能源 |
煤炭 |
天然气 |
石油气 |
柴油 |
电加热 |
风冷热泵 |
地源热泵 |
单位 |
kg |
m3 |
m3 |
Kg |
kwh |
kwh |
kwh |
热值(KJ) |
20900 |
36000 |
48566 |
43124 |
3600 |
3600 |
3600 |
效率 |
0.6 |
0.9 |
0.9 |
0.9 |
0.95 |
2 |
4 |
单价(元) |
0.3 |
1.6 |
3 |
3 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
成本(元) |
1 |
2.06 |
2.87 |
3.24 |
6.2 |
2.9 |
1.45 |
100m2总费用 |
1291 |
2622 |
3706 |
4174 |
6315 |
3000 |
1500 |
由上表可见,燃煤供暖最经济,但是由于北京地区已经限制燃煤使用,综合比较,地源热泵系统为最佳选择。
地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高品位热能转移。通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4.4kWh以上的热量或冷量。
“地源热泵”的概念,最早在1912年由瑞士的专家提出,而这项技术的提出始于英、美两国。北欧国家主要偏重于冬季采暖,而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似,因此研究美国的地源热泵应用情况,对我国地源热泵的发展有着借鉴意义