——地源熱泵的概念、由來、工作原理及系統(tǒng)優(yōu)勢 地源熱泵是最近幾年才興盛起來的節(jié)能技術(shù),因節(jié)能環(huán)保、恒溫舒適、集成化程度高在高端住宅和節(jié)能建筑區(qū)開始逐漸推廣。地源熱泵技術(shù)在歐美國家已經(jīng)十分成熟,特別是美國和北歐使用范圍,普及率已經(jīng)達到60%左右。我國在九十年代引進地源熱泵技術(shù),經(jīng)過二十年的發(fā)展,地源熱泵在我國日趨成熟,同時也是國家重點推薦項目。地源熱泵是綠特中央空調(diào)產(chǎn)品之一,在行業(yè)內(nèi)公認的國際三大空調(diào)品牌綠特、特靈、約克中,綠特在地源熱泵領(lǐng)域占有更加突出的優(yōu)勢。 地源熱泵的由來 地源一詞是從英文“ground source”翻譯而來,漢語的內(nèi)涵則十分廣泛,應(yīng)包括所有地下資源的含義。但在空調(diào)業(yè)內(nèi),目前僅指地殼表層(小于400米)范圍內(nèi)的低溫熱資源,它的熱源主要來自太陽能,極少能量來自地球內(nèi)部的地熱能。 地源熱泵的概念最早于1912年由瑞士的專家提出,而該技術(shù)的提出始于英、美兩國。1946年美國在俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū)建成第一個地源熱泵系統(tǒng),但是這種能源的利用方式?jīng)]有引起當時社會各界的廣泛注意,無論是在技術(shù)、理論上都沒有太大的發(fā)展。 20世紀50年代,歐洲開始了研究地源熱泵的第一次高潮,但由于當時的能源價格低,這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟,因而未得到推廣。直到20世紀70年代初世界上出現(xiàn)了第一次能源危機,它才開始受到重視,許多公司開始了地源熱泵的研究、生產(chǎn)和安裝。這一時期,歐洲建立了很多水平埋管式土壤源熱泵,主要用于冬季供暖。雖然歐洲是世界上發(fā)展地源熱泵最成熟的地區(qū),但是它也曾因為熱泵專家不懂安裝技術(shù),安裝工人又不懂熱泵原理等因素,致使地源熱泵的發(fā)展走了一段彎路。 上世紀80年代后期,地源熱泵技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,更多的科學家致力于地下系統(tǒng)的研究,努力提高熱吸收和熱傳導效率,同時越來越重視環(huán)境的影響問題。地源熱泵生產(chǎn)呈現(xiàn)逐年上升趨勢,瑞士和瑞典的年遞增率超過10%。美國的地源熱泵生產(chǎn)和推廣速度很快,技術(shù)產(chǎn)生了飛速的發(fā)展,成為世界上地源熱泵生產(chǎn)和使用的頭號大國。 從地源熱泵應(yīng)用情況來看,北歐國家主要偏重于冬季采暖,而美國則注重冬夏聯(lián)供。由于美國的氣候條件與中國很相似,因此研究美國的地源熱泵應(yīng)用情況,對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義。 地源熱泵的概念 地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用技術(shù),是熱泵的一種,熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備。地源熱泵通常是指能轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。通常熱泵都是用來做為空調(diào)制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),一個年度形成一個冷熱循環(huán)。 地源熱泵的工作原理 作為自然現(xiàn)象,正如水由高處流向低處那樣,熱量也總是從高溫流向低溫,用著名的熱力學第二定律準確表述:“熱量不可能自發(fā)由低溫傳遞到高溫”。但人們可以創(chuàng)造機器,如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣,采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以地源熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置,它本身消耗一部分能量,把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘,提高溫位進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低,這就是地源熱泵節(jié)能的原理。 冬季地源熱泵工作原理 冬天熱泵中制冷劑正向流動,壓縮機排出的高溫高壓R22氣體進入冷凝器向集水器中的水放出熱量,相變?yōu)楦邷馗邏旱囊后w,再經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w進入蒸發(fā)器,從地下循環(huán)液中吸取低溫熱后相變?yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡驼羝筮M入壓縮機吸氣端,由壓縮機壓縮排出高溫高壓氣體完成一個循環(huán)。如此循環(huán)往復將地下低溫熱能“搬運”到集水器,從而不斷的向用戶提供45 ℃ -50 ℃的熱水。 夏季地源熱泵工作原理 夏天熱泵中制冷劑逆向流動,與用戶換熱的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器從集水器中的低溫水(7 -12 ℃)提取熱能,與地下循環(huán)液換熱的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠飨虻叵卵h(huán)液排放熱量,循環(huán)液中熱量再向地下低溫區(qū)排放,如此循環(huán)往復連續(xù)地向用戶提供7 -12 ℃ 的冷水。 了解什么是地源熱泵以及地源熱泵的由來和原理,我們還應(yīng)該了解地源熱泵的優(yōu)點。與其他空調(diào)產(chǎn)品、采暖設(shè)備相比,地源熱泵的優(yōu)勢眾多。 一機多用 地源熱泵可完全代替冷水機組+鍋爐兩種設(shè)備,解決了供暖制冷設(shè)備分開使用給用戶帶來的不便,同時其熱回收功能可高效提供大量高品質(zhì)的生活熱水。 高效節(jié)能 地源熱泵技術(shù)是利用土壤溫度相對穩(wěn)定的特性,通過輸入少量的高品位能源(如電能),運用土壤與建筑物內(nèi)部進行熱量的交換,實現(xiàn)低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)移的冷暖兩用空調(diào)系統(tǒng)。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱,使得地源熱泵系統(tǒng)換熱效率很高,因此在產(chǎn)生同樣熱量或冷量的時候,只需小功率的壓縮機就可實現(xiàn),從而達到節(jié)能的目的,其耗電量僅為普通中央空調(diào)與鍋爐系統(tǒng)的40%—60%。 舒適低噪 地源熱泵空調(diào),采用全空氣系統(tǒng),舒適性好??照{(diào)系統(tǒng)送風均勻,溫度分布合理,氣流速度小于0.3米/秒,無吹風感。噪音小,采取降噪措施后可小于40分貝。 環(huán)保清潔 地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時,不需要鍋爐,無燃燒產(chǎn)物排放,可大幅度降低溫室氣體的排放。據(jù)美國地熱泵協(xié)會提供的報告,僅美國肯塔基州路易斯威爾市總建筑面積15.8萬平方米的高特.豪斯飯店地源熱泵系統(tǒng),每年可減排CO2 849噸;SO2 19.97噸;NOX 14.98噸;微塵 2.49噸。 節(jié)省空間 沒有中央機房、冷卻塔、鍋爐房和其它室外設(shè)備,省去了鍋爐房,冷卻塔及附屬的煤場、渣場所占用的寶貴面積,產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益,并改善了環(huán)境外部形象。室內(nèi)系統(tǒng)是分散式的系統(tǒng),故每個區(qū)域內(nèi)的主風管道截面高度較小,不會像傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)那樣過多占用建筑內(nèi)的吊頂空間,從而保證每層的使用空間。 安全可靠 每臺機組可獨立供冷或供熱,個別機組故障不影響整個系統(tǒng)的運行。機組的運行工況穩(wěn)定,幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響,即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減,更無結(jié)霜除霜之慮。無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。 控制簡單 根據(jù)用戶要求設(shè)體積很小的終端控制器,中央控制僅需選擇水路控制,除去了一般中央空調(diào)集中控制所有參量的復雜環(huán)節(jié),從而降低控制成本。利于采用全系統(tǒng)可編程智能化遠程中央計算機控制,具有隨人流變化而自動調(diào)整地熱泵制冷或供暖出力,實現(xiàn)節(jié)能******化,運行費用最小化。還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備,可存儲、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟及技術(shù)數(shù)據(jù),促進系統(tǒng)運行最優(yōu)化。 壽命最長 空調(diào)設(shè)計壽命10年,燃氣鍋爐為8-10年;地源熱泵機組運行工況穩(wěn)定,其壽命為20年以上,它比所有各種空調(diào)系統(tǒng)和采暖設(shè)備的壽命都要長。 低維護費 自動化程度高,無需專業(yè)人員操控。地源熱泵系統(tǒng)不設(shè)冷卻塔、屋頂風機,壓縮機工作穩(wěn)定,不會出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備中制冷劑壓力過高或過低的現(xiàn)象,維護費用大大低于傳統(tǒng)空調(diào);一套設(shè)備實現(xiàn)制冷、制熱和生活熱水,減少對主機設(shè)備的維護量。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)******的優(yōu)點就是節(jié)能,在能源日益匱乏,環(huán)境日益惡化的今天,節(jié)能降耗似乎已經(jīng)成為全球共同的話題,地源熱泵集眾多優(yōu)勢于一身,但推廣起來仍有一定的困難。地源熱泵中央空調(diào)安裝成本很大,而且對地理環(huán)境有一定的要求,并不是每個地方,任何戶型都適合安裝地源熱泵空調(diào)系統(tǒng),地源熱泵工程基本集中在大戶型私人別墅,要想全面普及還需要各方共同努力。 |