地源熱泵

地源熱泵的特點和基本形式

  地源熱泵(區(qū)別于熱泵熱水器太陽能熱泵熱水器技術(shù)是一種利用淺層地?zé)豳Y源的既可供熱又可制冷高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)。熱泵的理論基礎(chǔ)源于卡諾循環(huán),與制冷機(jī)相同,是按照逆循環(huán)工作的。由于全年地溫波動小,冬暖夏涼,因此地?zé)?/a>可分別在冬季作為熱泵供暖熱源和夏季空調(diào)冷源,即冬季從土壤中采集熱量,提高溫度后供給室內(nèi)采暖;夏季從土壤中采集冷量,把室內(nèi)多余熱量取出釋放到地能中去。地源熱泵主要有以下幾種形式:
 
  (1)地下水熱泵:為開放系統(tǒng)。該系統(tǒng)占地面積小,非常經(jīng)濟(jì)。它要求保證機(jī)組正常運行的穩(wěn)定水源,溫度范圍在7—21℃,需要打井,為保持地下水位需要注意回灌,從而不破壞水資源。
 
  (2)河湖水源熱泵:為開式或閉式系統(tǒng)。該系統(tǒng)投資小,水系統(tǒng)能耗低,可靠性高,且運行費用低,但盤管容易被破壞,機(jī)組效率不穩(wěn)。
 
  (3)土壤熱泵:為閉式系統(tǒng)。垂直埋管系統(tǒng)占地面積小,水系統(tǒng)耗電少,但鉆井費用高;水平埋管安裝費用低,但占地面積大,水系統(tǒng)耗電大。
 
  2地源熱泵伏于傳統(tǒng)空調(diào)的特性
 
  2.1在技術(shù)方面
 
  (1)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)不論是水冷還是風(fēng)冷,由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中,因此會對建筑造型造成不好的影響,破壞建筑的外觀;而地源熱泵換熱器埋于地下,且遠(yuǎn)離主建筑物,故不會對其造型產(chǎn)生影響。
 
  (2)風(fēng)冷換熱器與水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣,故不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響,會明顯降低換熱效率;而地源熱泵換熱器是和大地?fù)Q熱,換熱對象是1m以下的地層,其初始溫度大約等于年平均溫度,基本不受外界環(huán)境的影響。這種溫度特性使地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)運行效率要高40%~60%。
 
  (3)普通空調(diào)對環(huán)境的影響是很嚴(yán)重的,它不僅對臭氧層造成嚴(yán)重的破壞和產(chǎn)生令人難以忍受的噪音,還由于夏季將廢熱排入大氣,冬季吸收大氣中的熱量而使大氣、住宅周圍的環(huán)境更加惡劣;而地源熱泵可以利用大地的蓄熱能力,把夏季多余的排入大地的熱能冬季取用,把冬季多余的冷能在夏季取用,以達(dá)到冬夏兩季室內(nèi)的供暖供冷。同時該裝置的運行幾乎沒有排放物和廢棄物,所以不僅對大氣沒有影響,還能使大地不至于過冷和過熱。
  2.2在經(jīng)濟(jì)方面
 
  (1)影響地源熱泵使用經(jīng)濟(jì)性的因素很多,如國家能源政策、環(huán)保政策、電與燃料價格、建筑環(huán)境、使用者和氣候條件等。根據(jù)我國目前的現(xiàn)狀,由于這些方面的因素而導(dǎo)致的運行費還有待進(jìn)一步研究,難以獲得準(zhǔn)確的結(jié)論,但是可以借鑒美國等發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗,世界環(huán)境保護(hù)組織在一份有關(guān)空調(diào)未來的報告中得出結(jié)論:設(shè)計安裝良好的地源熱泵,可以節(jié)約30%~40%甚至更高的供熱制冷空調(diào)的綜合運行費用。
 
  (2)由于技術(shù)方面的優(yōu)勢,可以節(jié)省運行費用40%~60%。
 
  (3)地源熱泵系統(tǒng)還可以集采暖、空調(diào)制冷和提供生活熱水于一身?!?a href="http://m.zxkjjt.com/t/熱泵系統(tǒng).html" >熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng),從而也增加了經(jīng)濟(jì)性。由此可得出結(jié)論:地源熱泵系統(tǒng)雖然由于室外部分比較復(fù)雜,初次投資高于普通空調(diào)系統(tǒng),但普通空調(diào)的運行費用遠(yuǎn)高于地源熱泵系統(tǒng),—般州年時間就可以將增加的初次投資回收。
 
  普通空調(diào)壽命一般在15年左右,而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強(qiáng)度惰件材料,埋地壽命至少50年。因此,從使用壽命和運行費用來考慮,地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是高于普通空調(diào)系統(tǒng)的。
 
  中國長江流域及其周邊地區(qū)有幾個省市,是中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)達(dá)的地區(qū),面積為180000km2,人口為5.5億,國民生產(chǎn)總值約占全國的48%,是一個人口最密集,經(jīng)濟(jì)、文化比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。按照我國建筑氣候劃分,該地區(qū)屬于“夏熱冬冷”地區(qū)。即夏季氣候I:q熱,最熱月平均溫度為25~30℃且以28~30℃居多,多數(shù)地方高于35℃的酷熱天氣長達(dá)半個月至一個月,比世界上同緯度其他地區(qū)高出2℃左右,是地球上這個緯度范圍內(nèi)除沙漠干旱地區(qū)以外最炎熱的地區(qū),而且相對濕度經(jīng)常高達(dá)80%左右;冬季潮濕寒冷,最冷月平均溫度為2~7℃,大多數(shù)在2~5℃之間,是地球上同緯度冬季最寒冷的地區(qū)。長江中下游沿岸及以北一帶,日最低氣溫低于5℃的天數(shù)長達(dá)兩個月甚至三個月的時間,且相對濕度仍然很高,達(dá)73%~83%。因此該地區(qū)供冷供暖大致相當(dāng),冷暖負(fù)荷基本相同,故適合在該地區(qū)推廣地源熱泵技術(shù),從而充分發(fā)揮地下蓄能的作用。
 
  長江流域及其周圍地區(qū)人口集中,能源消耗量大,污染問題突出。而且本地區(qū)能源資源相對比較匱乏,能源供給形勢嚴(yán)峻。因此從節(jié)約能源,改善能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)環(huán)境這些問題考慮,也應(yīng)該推廣熱泵這項節(jié)能技術(shù)。
 
  3展望與建議
 
  (1)長江流域及其周邊地區(qū)具有豐富的低溫環(huán)境資源,而且氣候條件是冬寒夏熱,需要較多的供熱和空調(diào)裝置。因此在該地區(qū)地源熱泵技術(shù)具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。加速研究,大力發(fā)展熱泵節(jié)能技術(shù),必將促進(jìn)自然資源的合理利用,實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
 
  (2)影響土壤源熱泵廣泛應(yīng)用的主要原因是對土壤源熱泵發(fā)展核心技術(shù)問題的研究和認(rèn)識還很有限。據(jù)國際最新研究動態(tài)表明,它的核心技術(shù)問題是地埋式換熱器的傳熱強(qiáng)化、土壤源熱泵系統(tǒng)仿真及最佳匹配參數(shù)的研究。另一個主要原因是土壤源熱泵自身存在的缺點:地埋換熱器受土壤性質(zhì)影響較大;連續(xù)運行時,熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動;土壤導(dǎo)熱系數(shù)小,使地埋換熱器的面積較大等。因此,國家有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對熱泵核心技術(shù)的研究,并能提供一系列經(jīng)濟(jì)激勵措施,來鼓勵用戶采用地源熱泵系統(tǒng)。
 
  (3)研究土壤源熱泵還存在以下幾個有待解決的問題:關(guān)于埋地盤管的數(shù)學(xué)模型和土壤熱場特點的理論研究還不夠深入,仍處于試驗階段;由于它涉及鉆探工程,使施工困難,系統(tǒng)投資比較大。因此在熱泵技術(shù)開發(fā)應(yīng)用中應(yīng)通過熱泵的批量生產(chǎn)和技術(shù)改進(jìn)來降低成本,使熱泵技術(shù)的優(yōu)越性更加突出。
 
  (4)我國有關(guān)地源熱泵的現(xiàn)成技術(shù)資料不多,缺少這方面的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和維護(hù)人員,而且生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的廠家少,因此應(yīng)增加技術(shù)資金的投入和相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)。同時向世界熱泵技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國家學(xué)習(xí),但在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意:由于我國氣候條件與那些國家的氣候條件不同,因此我們不能照搬外國的技術(shù)成果,而應(yīng)注意吸收國外正反經(jīng)驗,合理布局,穩(wěn)步發(fā)展,在條件相對成熟的地區(qū)多進(jìn)行試驗和總結(jié)。