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節能環保之地源熱泵

09-03 12:39:59  瀏覽次數:311次  欄目:暖通空調
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  1.熱泵的定義及原理

  在我國《暖通空調術語標準(GB50155-92)》中,對“熱泵”的解釋是“能實現蒸發器和冷凝器功能轉換的制冷機”;在《新國際制冷詞典(NewInternationalDictionaryofRefrigeration)》中,對“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統”?梢,熱泵在本質上是與制冷機相同的,只是運行工況不同。其工作原理是,由電能驅動壓縮機,使工質(如R22)循環運動反復發生物理相變過程,分別在蒸發器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱,使熱量不斷得到交換傳遞,并通過閥門切換使機組實現制熱(或制冷)功能。在此過程中,熱泵的壓縮機需要一定量的高位電能驅動,其蒸發器吸收的是低位熱能,但熱泵輸出的熱量是可利用的高位熱能,在數量上是其所消耗的高位熱能和所吸收低位熱能的總和。熱泵輸出功率與輸入功率之比稱為熱泵性能系數,即COP值(CoefficientofPerformance)。

  2.地(水)源熱泵機組的工作原理

  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水源熱泵的冷熱源,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”。具有高效節能、經濟環保、安全可靠、可自動運行等優點。

  3.地源熱泵同空氣源熱泵相比,有什么優點

  地源熱泵同空氣源熱泵相比,有許多優點:(1)全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高,夏季比空氣溫度低,因此地源熱泵的制熱、制冷系數要高于空氣源熱泵,一般可高于40%,因此可節能和節省費用40%左右。(2)冬季運行不需要除霜,減少了結霜和除霜的損失。(3)地源有較好的蓄能作用。

  4.地源熱泵系統的分類及其各自的優缺點

  1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水熱泵系統,也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統。通過建造抽水井群將地下水抽出,通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組,經提取熱量或釋放熱量后,由回灌井群灌回地下。

  其最大優點是非常經濟,占地面積小,但要注意必須符合下列條件:水質良好;水量豐富;回灌可靠;符合標準。

  2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統(b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統。(a)和(b)兩種方式都歸屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合熱泵系統),也稱埋管式土壤源熱泵系統。還有另外一個術語叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統。這一閉式系統方式,通過中間介質(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體,使中間介質在埋于土壤內部的封閉環路中循環流動,從而實現與大地土壤進行熱交換的目的。

  對于垂直式埋管系統,其優點有:較小的土地占用,管路及水泵用電少,其缺點是鉆井費用較高;對于水平式埋管系統,其優點有:安裝費用比垂直式埋管系統低,應用廣泛,使用者易于掌握,其缺點有:占地面積大,受地面溫度影響大,水泵耗電量大。

  3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水熱泵系統。通過直接抽取或者間接換熱的方式,利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。

  其優點有:在10米或更深的湖中,可提供10℃的直接制冷,比地下埋管系統投資要小,水泵能耗較低,高可靠性,低維修要求、低運行費用,在溫暖地區,湖水可做熱源,其缺點有:在淺水湖中,盤管容易被破壞,由于水溫變化較大,會降低機組的效率。

  4)Standingcolumnwellheatpumps,SCW單井換熱熱井,也就是單管型垂直埋管地源熱泵,在國外常稱為"熱井".這種方式下,在地下水位以上用鋼套作為護套,直徑和孔徑一致;地下水位以下為自然孔洞,不加任何固井設施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入,其中一部分在地下水位以下進入周邊巖土換熱,其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式主要應用于巖石地層,典型孔徑為150mm,孔深450m.

  該系統適用于巖石地質地區,該地區巖石鉆孔費用高,而與巖石直接換熱,大大提高換熱效率,節省鉆孔、埋管費用。須得注意分析具體地質情況,做好隔熱、封閉、過濾、實際換熱量測算等具體工作。

  5)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結合的混合型地源熱泵系統:適用于空間小,不能單獨采用地下埋管換熱系統的建筑或內外分區冬季有大量可利用的排熱的建筑物,冷卻塔和閉環式系統相結合制冷,節省成本;事實證明該系統是高效率、低費用的。

  它的補充熱源有水地源、太陽能、電鍋爐、城市熱網……,額外排熱由冷卻塔或水地源來解決。其系統的設計需要詳細計算各季節的散熱與排熱及總的中和后的散熱或排熱量來選擇熱源和冷卻塔。

  下面是有關水源熱泵行業的一個小的調查報告:

  一、目前國內市場上銷售的水源熱泵的生產企業,其中包括國內及國外生產企業

  國內:山東富爾達、清華同方、山東宏力、煙臺荏原、泰豪科技、煙臺光大、煙臺藍德、青島澳柯瑪、大連奧德、大連葆光、廣州威爾、北京清源、杭州西亞特、蘇州TRANE、深圳MACQUAY……

  美國水源熱泵的制造廠商有著名的公司有AddisonProductsCompany、AdvancedGeothermalTechnology、CarrierCorporation、ClimateMasterInc.、EconarEnergySystemsCorporation、FHPManufacturing、MammothInc.、TheTraneCompany、WaterFurnaceInternational等公司。

  二、2004年全國水源熱泵機組的市場總容量,其中包括國內企業銷售量及國內進口量

  2004市場總容量:3——5億,富爾達、同方過億,其它都在幾千萬——幾百萬

  三、國內外主要生產企業在國內的代表性工程簡介(可以看各家的網站)

  四、水源熱泵機組產品的市場分布情況,主要銷售城市及銷售數量

  主要產地:山東、北京及周邊、廣東

  主要銷售地:東北、河南、西北五、水源熱泵機組設備部分的機組形式及主要參數值;機組形式:國內產品以水-水系統、大機組為主;國外產品以水-空氣系統,小產品為主。

  1、目前以螺桿式壓縮機機+殼管式換熱器為主;

  2、部分企業以渦旋式壓縮機+板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機組為主;

  3、很少有企業用最早的活塞式壓縮機做機組了

  機組大。阂50KW——2000KW為主要產品。

  五、國內外水源熱泵的技術發展狀況:

  包括地上的設備部分及地下水源部分機組發展目標:自動化、遠程監視控制化、滿液式蒸發器的應用、系統優化提高COP值;

  地源部分:水井形式的回灌問題、埋管形式的換熱器的計算問題,混合式系統(如水環熱泵系統)的精準計算匹配問題

  六、國內外水源熱泵的相關標準

  美國:

  ARI320-98,WATERSOURCEHEATPUMP;ARI325-98,GroundWater-SourceHeatPumps;

  ARI330-98,Ground-SourceClosed-LoopHeatPumps,1998;

  ARI110-97,Air-ConditioningandRefrigeratingEquipmentNameplateVoltages;

  ASHRAE37-1988,MethodsofTestingUnitaryAir-ConditioningandHeatPumpEquipment;

  國內:

  GB/T19409-2003水源熱泵機組;

  GB/T10870—2001容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法

  GB/T18430.1—2001蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組工商業用和類似用途的冷水(熱泵)機組

  GB/T18430.2—2001蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組戶用和類似用途的冷水(熱泵)機組

  JB/T7227—1994復合熱源熱泵型螺桿式冷水機組

  GB/T10870-2001:《容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法》

  地源熱泵供暖空調技術規程——-建研院空調所正在編制行業標準;

  七、政府對水源熱泵技術推廣的相關政策

  目前政府政策模糊,與水資源缺乏政策有些抵觸,在水資源較好地區容易推廣,比如:東北3省、內蒙、河南、北京、天津、山東西南部……

  八、影響水源熱泵發展的相關因素等等

  1、政府的地下水政策;

  2、眾廠家對回灌技術的重視程度;

  3、向礦山、江河湖海等地表水的推廣;

  地下水源熱泵與其他幾種常用供熱方式能量利用系數比較

  熱泵雖然有大于1的制熱系數,但是僅以此來判斷供熱的經濟性還是不夠的。在將電動熱泵供暖和其他供暖方式比較時,還應考慮另一個經濟指標——能量利用系數E.能源利用系數E的定義為,供熱量與消耗的初級能源之比。它除反映了制熱系數的高低外,還考慮到熱泵利用一次能源(燃料)的效率,它包括發電效率和輸電效率。

  表3幾種供熱方式的最大能量利用系數比較

  由表3可以看出,在表中所列的幾種供熱方式中,水源熱泵的最大能量利用系數最高,達1.4,由此可以看出水源熱泵供熱方式最節能且最為經濟。

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