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簡述地源熱泵應用于戶式中央空調的發展前景

09-03 12:39:58  瀏覽次數:810次  欄目:暖通空調
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  前言步入21世紀,人們對生活品質要求不斷提高,住宅面積不斷擴大,家用空調器也向著大功率、舒適、節能、甚至美觀豪華的趨勢發展,普通房間空調器已經不能更充分、更完全地滿足市場需要了。帶有新風系統的戶式中央空調正在代替普通的房間空調器,該項技術技術方面已經取得了突破性進展,因此具有相當可觀的潛力和應用前景,并將成為21世紀我國空調產業發展的趨勢.

  然而,隨著空調設備使用的日益廣泛,一直困擾人們的能源問題、環保問題顯得更為突出。比如在上海,日常生活中,空調用電量占到總用電量的40%,特別在大型商業和辦公用建筑中占到總用電量的1/3以上[5].今年夏天,因電力嚴重不足而造成外灘的照明工程一度中斷,這與夏季炎熱人們長時間運行空調不無關系。能源形勢已經很嚴峻了。

  因此,如何實現空調系統的更好得節能環保成了當前暖通行業工作者最關心的課題。結合國內外空調設備及空調能源的研究狀況,筆者認為地源熱泵技術為空調的節能與環保提供了一個新的發展方向;隨著人民生活水平日益提高而出現的新概念空調――戶式中央空調,如果應用地源熱泵作為其冷熱源,作者認為有著很好的應用前景,下面給予簡單介紹。

  1背景

  1.1戶式中央空調的發展狀況

  所謂戶式中央空調,又稱小型中央空調,每家一臺主機,通過管線或風道,主要以電能、少部分以燃氣作為能源,實現夏天制冷,冬天供暖。

  在國外發達國家,由于經濟條件較好,住房面積大,戶式中央空調早已成為一種家庭消費必需產品。在美國、歐洲、日本等國的家庭中,有85%以上的家庭在選購空調產品時,會選擇戶式中央空調.

  近年來,國內面積超過100平方米以上的住宅、復式住宅的不斷增加,商品房開始有越來越大的趨勢。介于大型中央空調系統與家用空調之間的空白點便顯露出來,于是戶式中央空調市場開始在中國啟動。作為一個產業,這幾年戶式中央空調市場在國外的發展已經比較成熟,而在國內卻還只是剛剛起步,市場對這種空調好處還處于一個逐漸認識的過程。戶式中央空調行業占有率美國已經超過70%,在日本超過50%,而在中國的占有率僅占空調器行業的5%左右。當然,在經濟較為發達的大型城市如北京、上海等地,已經有相當一部分消費者接受了戶式中央空調這一概念。

  1.2地源熱泵的應用原理及發展狀況

  地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。

  地源熱泵系統工作原理如圖1所示,“熱泵”二字說明它是熱泵的一種,具有熱泵的共同特點,其工作過程具體如下,夏季制冷時,大地作為排熱場所,把室內熱量以及壓縮機耗能通過埋地盤管排入大地中,再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去。冬季供熱時,大地作為熱泵機組的低溫熱源,通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內供熱。兩個換熱器都即可作冷凝器又可作蒸發器,只因季節不同而功能不同。在地源熱泵系統中,由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補償,因而可使大地的熱量基本維持平衡.

  有許多地源熱泵系統正在全世界廣泛使用,特別是在美國、瑞士和北歐。裝機數量約為:美國300000臺,瑞士20000臺,北歐30000臺。在瑞士和北歐,地源熱泵系統大部分用于單個家庭住房;而在美國許多熱泵系統應用于大型建筑.國內許多科研院所也已經開展了不同程度的研究,地源熱泵的技術已經距離實用化非常近,并且采用深井水為熱源的地源熱泵技術已經在應用.

  地源熱泵作為一種非常重要的可再生能源,具有節能和環保的雙重效益,國際上已經將地下蓄熱技術和高效熱泵同時列入21世紀最有發展前途的新技術.

  2地源熱泵應用于戶式中央空調的可行性分析

  2.1地源熱泵應用于戶式中央空調的技術性分析

  與其他能源利用技術相比地源熱泵具有一下優勢:

  1.屬再生能源利用技術

  地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能量,比人類每年利用能量的500倍還多[11].

  2.屬經濟有效的節能技術

  地熱資源的溫度一年四季相對穩定,冬季比環境空氣高,夏季比環境空氣低,這種溫度特性使之比傳統空調系統運行效率要高40%,節能和節省運行費用40%左右。

  3.環境效益顯著。地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當于減少40%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上,如果結合其它節能措施,節能減排會更明顯.

  4.一機多用,應用范圍廣

  地源熱泵系統可供暖、空調,還可供生活熱水,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。

  5.節省空間

  可以埋在地下,不必大面積開挖,不占用地面的空間,上面可以種上花草。對于目前新興的花園式別墅,花園式小區樓宇及花園式建筑有非常好的實用性,并且由于其地面機房所需面積很小,故其對建筑面積節省的特點對當前建筑寶貴的面積來說無疑是一大福音。

  2.2地源熱泵應用于戶式中央空調的經濟性分析

  1.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,地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能,比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量。

  2.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%.

  運行費用分析:

  以北京市的物價水平-天然氣價1.90元/m3、電0.44元/kWh來比較[14].如果利用天然氣來采暖,天然氣熱值為33500kJ/m3,利用熱效率90%計,則燃燒1m3可以獲得熱量為:Q=33500×0.9=30150kJ.

  如果使用地熱熱泵,取COP=3.5,則獲得同樣的熱量需要耗電量為:

  W=Q/COP=30150/35=8614.3(kJ)=2.4(kWh)

  費用比較可知:

  熱泵供暖電費=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

  而1m3的天然氣費用=1.90(元)

  因此,用地熱熱泵供暖(熱)可減少運行費用:

  y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

  2.3工程實例投資及經濟性對比分析:

  現在再來通過實例來比較以地源熱泵為冷熱源與常規冷熱源的戶式中央空調的經濟性比較[15]:

  實例1

  項目名稱:上海市鐵路局員工宿舍樓地源熱泵空調系統項目

  項目地址:上海市長寧區

  執行單位:北京計科地源熱泵科技有限公司

  建筑類型:宿舍樓

  建筑結構:磚混結構

  建筑占地:280平方米

  建筑面積:679平方米

  空調面積:420平方米

  實例2

  項目名稱:北京市順義區月亮灣別墅地源熱泵空調系統項目

  項目地址:北京市順義區月亮灣別墅區

  執行單位:北京計科地源熱泵科技有限公司

  建筑類型:別墅住宅(獨棟)

  建筑結構:磚混結構

  建筑占地:90平方米

  建筑面積:240平方米

  空調面積:190平方米

  通過上述分析可以看出,將地源熱泵應用于戶式中央空調中,有以下一些特點:

 。1)從經濟性方面考慮,設備的初投資較大,但是,地源熱泵在夏季可以做空調冷源,冬季可以做供熱的熱源,因此兼用制冷的熱泵系統與純采暖相比的年運行費要明顯降低。而且,地源熱泵系統能耗少,機組性能系數高,節能效果明顯。

 。2)從環保的角度考慮,地源熱泵有不對使用地產生大氣污染、噪聲污染、熱污染等優點,并且埋地換熱器可布置在別墅區的花園、草坪或是建筑物周圍的地下,而不占地上建筑面積,對環境保護有利,是一種“綠色空調”,符合可持續發展的要求。

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