試析地源熱泵技術(shù)在空調(diào)節(jié)能改造項目中的應(yīng)用

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 　　摘要:本文主要闡述了地源熱泵技術(shù)的工作原理以及國內(nèi)外的地源熱泵的發(fā)展歷程和地源熱泵技術(shù)在工程中的使用情況，研究分析了地源熱泵在節(jié)能環(huán)保方面的重要意義。重點針對具體實例，對地源熱泵技術(shù)在實際應(yīng)用中的經(jīng)濟可行性和技術(shù)優(yōu)勢進行了詳細分析。地源熱泵不僅節(jié)水省地、環(huán)保潔凈、靈活安全、運行可靠，而且5年左右就能夠收回改造成本。 

  　　關(guān)鍵詞:地源熱泵；空調(diào)節(jié)能  　　中圖分類號：TE08文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：  　　前言：地源熱泵技術(shù)是一種在經(jīng)濟性上和技術(shù)上都具有較大優(yōu)勢的解決供熱問題的主要的替代手段，是一種綠色的用能技術(shù)。它與鍋爐相比，采用地源熱泵系統(tǒng)的空調(diào)它的供暖成本不到鍋爐成本的一半。文章通過以某賓館的空調(diào)供熱的節(jié)能改造為例，分析了當(dāng)前應(yīng)用于建筑空調(diào)供熱節(jié)能方面的地源熱泵技術(shù)，并且對它的經(jīng)濟性作出了可行性的分析，并且指出了地源熱泵技術(shù)在節(jié)能方面具有很好的應(yīng)用前景。  　　一、地源熱泵技術(shù)的工作原理和發(fā)展  　　地源熱泵技術(shù)它是一種采用地球表面淺層的地?zé)崮苜Y源進行高效、供熱、環(huán)保、制冷、節(jié)能的系統(tǒng)。地源熱泵是采用輸入少量的高品位的電能，以此來實現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿霓D(zhuǎn)移.工作原理見圖1。  　　  　　圖1地源熱泵技術(shù)工作原理  　　由于循環(huán)水在完全封閉的地下管路中流動.故對地下環(huán)境無任何污染。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設(shè)置冷源(制冷機)和熱源(鍋爐)。燃煤鍋爐是最主要的大氣污染源，中小型燃煤鍋爐在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然氣的鍋爐雖然減輕了對大氣的污染但排放的CO:仍造成了環(huán)境問題.而且運行費用很高。隨著不可再生能源的逐漸開采能源危機及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球性的重要問題。地源熱泵技術(shù)采用的是潔凈的可再生的地?zé)崮?是一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的技術(shù)。地表淺層好像一個巨大的太陽能集熱器.每年收集47伙，的太陽能是人類每年利用能量的500多倍.并且地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定是熱泵很好的供熱熱源和供冷冷源地源熱泵系統(tǒng)就是利用地下淺層土壤能量通過地下埋管管內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)與土壤進行閉式熱交換達到供冷供熱目的夏季通過熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高品位對建筑供暖。大地在整個循環(huán)中起到了蓄熱器的作用.具體  　　工作過程.見圖2。  　　  　　  　　注:夏季吸收房間中的熱量，儲存到土壤中，達到制冷效果。冬季將土壤中的熱量“提取”出來，利用能量轉(zhuǎn)換對室內(nèi)供熱。  　　圖2地源熱泵系統(tǒng)的夏季和冬季  　　2地源熱泵在空調(diào)節(jié)能改造項目中的應(yīng)用  　　某賓館冬季供熱使用燃煤蒸汽鍋爐，對環(huán)境污染較為嚴重，加上設(shè)備老舊、能耗大故決定放棄使用原有的燃煤蒸汽鍋爐而考慮使用節(jié)能環(huán)保的地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)冬季可供給空調(diào)用熱水以及生活用熱水夏天將地源熱泵機組并聯(lián)在原有的螺桿冷水機組上.增大原有冷水機組機組總制冷量為入住賓館的客人提供一個更舒適的環(huán)境又可根據(jù)夏季負荷的變化改變冷水機組的開啟數(shù)量，有效地達到節(jié)能的目的。本次改造主要涉及賓館主樓、裙樓兩幢主要建筑物的空調(diào)系統(tǒng)。主樓地下一層地上九層，建筑物總高度33.75m.總建筑面積 28100m2裙樓地下一層、地上五層，總高度23.80m總建筑面積 18832 m2，?？照{(diào)冷源由設(shè)在裙樓地下室的冷凍機房提供。其內(nèi)共計3臺螺桿式冷水機組.總冷量4176kw.屋頂上設(shè)3臺冷卻塔空調(diào)熱源由裙樓內(nèi)鍋爐房供給.經(jīng)過汽一水換熱器提供55/50oc熱水。  　　21方案設(shè)計  　　根據(jù)賓館提供的原空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計資料.主樓、裙樓的計算總冷負荷為3676kw，總熱負荷為2601kw。其中冬季熱負荷包括空調(diào)用熱水以及生活熱水。使用節(jié)能環(huán)保的地源熱泵系統(tǒng).冬季供給空調(diào)用熱水以及生活熱水.夏天輔助原有的螺桿冷水機組?？紤]在賓館周圍綠地上鉆孔埋入土壤換熱器。地源熱泵系統(tǒng)帶熱回收系統(tǒng)，不僅可以在夏天得到免費的生活熱水，并且增加從土壤中的取熱量.有利于土壤的熱平衡。因夏季已有3臺冷水機組提供足夠的冷量，故熱泵機組的選型以及埋孔數(shù)量根據(jù)冬季熱負荷來選擇。  　　2.2熱泵機組配置  　　根據(jù)上述的計算負荷結(jié)合本工程的實際情況擬選用帶熱回收系統(tǒng)的克萊門特地源熱泵機組2臺(HFCR134a環(huán)保冷媒)。具體參數(shù)見表l。  　　表1熱泵機組參數(shù)表  　　  　　2.3土壤換熱器設(shè)計  　　每米井深換熱量和換熱器承擔(dān)負荷表2、表3  　　  　　根據(jù)以上計算結(jié)果，雙U型土壤換熱器布井?dāng)?shù)量見表4。  　　表4布井?dāng)?shù)量  　　  　　擬定埋管方式為:雙U型埋管深度120m，間距4m只 4m.設(shè)計鉆孔數(shù)量267個。計算其埋管場地土壤換熱器需占地面積約4272m，。  　　2.4太陽能應(yīng)用  　　為更好地利用能源，可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件將其它能源與地源熱泵有機地結(jié)合起來應(yīng)用。根據(jù)青島地區(qū)的太陽能輻射情況，見圖2，屬于全國太陽能資源分布的第四類地區(qū)有一定能源利用價值。  　　  　　可以利用太陽能集熱板作為輔助能源白天依靠地源熱泵供暖夜間利用太陽能集熱板儲存的熱量由地?zé)岷吞柲芄餐┡＿@種組合形式比單純使用地源熱泵更為經(jīng)濟節(jié)能。根據(jù)賓館的熱水用水定額及入住率，考慮屋頂布置太陽能集熱板的有效面積.布置 200m2的太陽能集熱板。  　　3地源熱泵在空調(diào)節(jié)能改造應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟可行性分析  　　3.1技術(shù)優(yōu)勢  　　根據(jù)賓館原空調(diào)系統(tǒng)情況.本項目結(jié)合當(dāng)今世界先進的再生能源技術(shù)采用了地源熱泵系統(tǒng)+熱回收系統(tǒng)+太陽能集熱板的組合方案，充分利用項目所在地區(qū)的自然環(huán)境中所蘊含的空調(diào)能源.以先進的技術(shù)方案實現(xiàn)本項目節(jié)能改造目標(biāo)。分析本項目技術(shù)方案，具有以下技術(shù)優(yōu)勢:  　　(1)環(huán)保潔凈。無燃燒少排放運用地?zé)豳Y源提高能效比.無冷卻塔，減少冷卻塔水污染，杜絕“軍團病菌”對人體損害。  　　(2)節(jié)水省地。以土壤為源體吸收或放出能量，既不消耗水資源也不會造成污染:省去了鍋爐房、冷卻塔及附屬的油罐、蓄熱水箱等面積，節(jié)約機房空間。  　　(3)節(jié)能經(jīng)濟。能源利潤率為傳統(tǒng)方式的3―4倍.投入 1kw的電能可得到4―5kw的制冷或供熱的能量。運行費用可節(jié)省1/2―1/3。減少電增容30%，可節(jié)約增電成本。(引靈活安全。真正做到“一機兩用”。利用地源熱泵冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷.提高了設(shè)備的利用率。機組可靈活地安置在任何地方.節(jié)約空間系統(tǒng)末端亦可作多種選擇:無儲煤、儲油罐等生活及安全隱患。自動化程度高:無需專業(yè)人員操控。(引運行可靠。機組的運行工況穩(wěn)定。由于散熱、取熱均依靠深層土壤不受環(huán)境溫度變化的影響故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。  　　3.2經(jīng)濟可行性分析  　　(l)投資估算。根據(jù)方案估算.見表5。其中機房部分報價包括閥門配件、管道及人工安裝費用.不包括電氣部分。水泵選配根據(jù)主機而定。實際報價需要根據(jù)設(shè)計圖紙和方案重新計算。  　　表5投資估算  　　  　　(2)費用分析比較。根據(jù)節(jié)能改造前后空調(diào)運行的不同情況.比較(冷水機組十地源熱泵系統(tǒng))與(冷水機組十燃氣鍋爐系統(tǒng))不同情況下的運行費用.其中，中央空調(diào)系統(tǒng)按夏季運行120d，冬季運行 90d.每天運行24h;電價按0.8元/kwh，燃氣按3.8元/m，計算同時使用系數(shù)按0.7計算。  　　(3)減排t分析。對系統(tǒng)改造的目標(biāo)不能僅僅停留在節(jié)能省電上.同時也要考慮到對環(huán)境的污染物排放量。在實質(zhì)上地源熱泵對大氣環(huán)境并非零排放.地源熱泵系統(tǒng)對大氣的排放量來源于其所耗電能在火電廠發(fā)電時所排放的污染物.故嚴謹?shù)臏p排t計算=燃煤鍋爐排放l―地源熱泵耗電量的等值發(fā)電廠排放量。每年減排量為二氧化碳19科t  　　4結(jié)語  　　隨著人們環(huán)保意識和節(jié)能意識的不斷增強，在空調(diào)領(lǐng)域?qū)ふ仪鍧嵖稍偕茉凑找娉蔀檠芯繜狳c。地源熱泵作為新型可再生能源.很好地滿足了節(jié)能的需求.具有供能穩(wěn)定可靠、不受燃料短缺和價格波動影響等特殊優(yōu)勢.并且具有非常明顯的清潔環(huán)保性能減排效果顯著。經(jīng)過多年的實踐，地源熱泵在空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)可靠性、經(jīng)濟節(jié)能與環(huán)保性能已經(jīng)在諸多工程中得到了驗證，具有廣闊的發(fā)展前景。  　　參考文獻：  　　[1] 趙軍,張春雷,王健,陳濤,李新國,宋德坤.地源熱泵在實際工程中的應(yīng)用與研究[J]. 天津建設(shè)科技. 2003(05)  　　[2] 張群力,王晉.地源和地下水源熱泵的研發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用過程中的問題分析[J]. 流體機械. 2003(05)  　　[3] 曲云霞,方肇洪,張林華,李安桂.太陽能輔助供暖的地源熱泵經(jīng)濟性分析[J]. 可再生能源. 2003(01)  　　[4] 楊大明.21世紀的綠色空洞技術(shù)――地源熱泵[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟. 2002(09)  　　[5] 顏愛斌.地源熱泵應(yīng)用的技術(shù)分析與思考[J]. 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報. 2002(02)  　　[6] 李?,仇中柱,于立強.U型垂直埋管式土壤源熱泵埋管周圍溫度場的理論研究[J]. 暖通空調(diào). 2002(01)    botxt