地源热泵

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      地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源,即在冬季,把土壤中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到土壤中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。



地源热泵空调系统的冷热源来源有如下四种方式:
①地下水源热泵——为深井抽、回灌式。
②地表水源热泵——为地表水开式/闭式。
③土壤源热泵——为水平/垂直埋管(北方地区)
④混合式土壤源热泵——(垂直埋管+辅助散热)
1、地下水式热泵系统
深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出,通过板式换热器或直接送至水源热泵机组,提取热量或释放热量后,由回灌井群灌回地下。此方案初投资低、运行费用较低。适应于地下水源充足,地质条件为砾砂、中、粗沙层(回灌效果好)地区。



2、地表水热泵系统
通过直接或者间接抽取地表水换热的方式,利用江水、河水、湖水、水库水以及海水。此方式系统造价最低,施工简单,但运行效率较低。采用此方式要求地表水有较大的容量,水源要求常年稳定;地表水温升1℃不能少于240小时。



3、土壤源热泵系统
水平埋管地源热泵系统、垂直埋管地源热泵系统两种方式都归属于土壤源热泵系统。这一闭式系统方式,通过中间介质(水或防冻液)作为冷热载体,使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动,从而实现与土壤进行热交换的目的。系统适用于冷(热)负荷比例基本平衡的地区(长江以北地区),其节能、环保效果显著,系统寿命长。

4、混合式土壤源热泵系统(垂直埋管+辅助散热)
将土壤源和辅助散热(喷泉、冷却塔、河水)联合使用作为空调冷热源的系统,适用于长江以南冷热负荷不平衡地区,通过辅助散热来消除全地源系统导致夏储热量过大,冬用热量过小的不平衡问题。



一般北京工程采用地源热泵室外换热系统推荐土壤源方式(垂直式地耦管)。
之所以采用此方式而未采用地下水式室外换热系统是因为地下水式室外换热系统存在着以下一些制约因素:长时间使用水井老化不可避免的;在使用一定的年限后会造成地下水水量的不足和回灌的困难,从而增加了以后的维修的费用,严重的话还需要重新打井增加初投资造价;大量的使用地下水会造成所在地的地面下沉,这一问题已在许多大城市出现;在这种方式的使用过程中还存在向地下水资源管理部门交费的问题,增加了使用运行成本;更何况本工程地下水满足不了热泵机组冷却水量。
而采用土壤源热泵式是一种一劳永逸的换热系统,不存在地下水式换热系统的水井老化、地面下沉以及地下水使用收费的问题;另外系统稳定,不需要利用地下水的水量,不受地下水使用政策和季节变化影响,还可节省地下水资源费;该方式不需要直接抽取地下水,不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响,不会受到国家地下水资源政策的限制。
在传统建筑中,空调系统耗电常受室外空气温度影响导致耗电增加,空调制冷/供热能耗可占到了建筑物总能耗的50~55%。我国的能源结构主要依靠矿物燃料,特别是工业/民用用电、供热仍是以煤炭为主要燃料消耗。矿物燃料燃烧产生的大量污染物,包括大量SO2、NOX等有害气体以及CO2等温室效应气体。大量燃烧矿物燃料所引起的环境问题已日益成为世界关注的焦点。
考虑到建筑的节能环保,提升建筑的品味层次,因地制宜地选用土壤源作为节能环保空调系统的冷(热)源,来替代传统空调系统制冷/供热方式。采用地源热泵绿色节能能源技术,不仅具有现代化高科技成果的现实客观经济意义,更具有长远的节约型社会发展进步意义。
垂直式地耦管式地源热泵的优点:
1.高效:一般空调对着空气换热称为风冷热泵,缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16℃左右,略高于该地区平均温度1到2度,使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。
2.节能省费用:冬季运行时,COP约为4.2,即投入1KW电能,可得到4KW的热能,夏季运行时,COP可达5.3,投入1KW电能,可得到5KW的冷量,能源利用效率为电采暖方式的3-4倍;并且热交换器不需要除霜,减少了结霜和除霜的用电能耗。比常规中央空调节能50%左右以上。
3.环保:供热时没有燃烧过程,避免了排烟污染,供冷时省了冷却塔,避免了噪音及霉菌污染。
4.舒适:因为地源热泵机组供冷暖时都是通过冷热水经风机盘管(或地板采暖管、毛细管网)交换完成的,所产生的冷气和暖气(或辐射冷/热)比常规空调的要更柔和的多。
5.节省占地面积:省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场,节省了土地资源,产生附加经济效益,并改善了建筑物的外部形象。
6.安全:无燃烧设备,从而不存在爆炸、失火和中毒的隐患。
7.机组寿命长:热泵机组长期在良好的低温井水(16℃)下进行热交换工作,可大大延长机组寿命。
8.一机多用:地源热泵系统可采暖、制冷、还可提供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
9.可再生:土壤有较好的蓄热性能,冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温,同时蓄存热量,以备冬用,保证大地热量的平衡。
10.可分区控制:中央空调享受的档次,又可达到单体空调局部控制的效果。


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