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2013年公用设备师《暖通空调基础知识》考点(16)

作者:编辑TAO     文章来源:国和网校    发布时间:2013-07-19    浏览:

  地源热泵系统构成与原理

  系统构成:

  地源热泵(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。

  地球是一个巨大的蓄热体,一年四季其地表5m以下的土壤温度十分稳定,是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。地源热泵机组工作原理就是在夏季从土壤或地下水中提取冷量,由热泵原理通过空气或水作为载热剂降低温度后送到建筑物中,而冬季,则从土壤或地下水中提取热量,由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中,从而实现的热交换过程。需要特别指出的是:地热泵中的冷热源不是指地下的热汽或热水,而是指一般的常温土壤、地表水、地下水。

 

  1.2地耦管热泵系统

  以导热好、抗腐蚀、强度高且可绕曲的材料制成管路,内有导热流体(水或防冻剂)同土壤直接换热后,进入水源热泵机组的热交换器与其换热。当制冷供暖面积较小、周围有较大空地时,采用水平敷设地锅管路系统较合理,初投资较小;当制冷供暖面积较大、周围有一定空地时,可采用垂直敷设地锅管路系统,但其初投资相对较大。

 

  与传统的中央空调比较

  燃煤锅炉对环境的污染严重,而燃油及电锅炉采暖造价及运行费用皆较高,让人难以承受,也不符合国家长期发展的能源政策,而地源热泵空调技术是国家科技部重点推广的项目,也是国家节能设计手册优先选用的冷(热)源方式。因此,近十几年来,尤其是近五年来,中国的地源热泵市场日趋活跃。

  通常消耗l kw的电能或获取4kw的热量或冷量,与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比,锅炉供热只能将90%一98%的电能或70%一90%的燃料内能转化为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能,比燃料锅炉节省l/3以上的能量;由于水源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10℃一25℃,其制冷、制热系数可达3.5—4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50%一60%。

  地源热泵系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物,地源热泵有着明显的优点,不仅节省了大量能源,而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求,减少了设备的初投资。

 

  国内外地源热泵的发展历史及前景

  在中国传统的空调系统概念中,在过去相当长的时期,南方以水冷机组解决夏季制冷问题,中、北方以燃煤锅炉解决冬季取暖问题。20世纪80年代以后,出现了溴化锂机组、风冷机组,90年代以后,从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。但是,替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题,可是天然气和石油等都属于不可再生的能源,且采暖造价及运行费用皆较高,因此必须寻找可以再生的能源,从而提出了地源热泵空调新技术。

  在国外,地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史,但发展相当迅速。如美国,截止1985年全国共有14000台地源热泵,而1997年就安装了45000台,而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建筑中占30%。

  与美国有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深小于400m深)的地源热泵,用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计,在家用的供热装置中,地源热泵所占比例,瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%。

 

  安全省地方面

  热泵系统在冬季供热时省去了锅炉房系统,没有燃烧过程,无燃烧设备,避免了有害烟尘和有害物质的排放,从而不存在爆炸、燃烧的隐患。热泵机组运行安全、可靠、稳定,几乎不受天气及环境温度变化的影响,符合环保理念。

  与燃气和燃油锅炉系统相比,省去了储油设备和燃气管道的敷设,若是燃煤锅炉系统则可以省去锅炉房及与之配套的煤场和渣场,而夏季制冷时则可以省去冷却塔所占面积,大大减少了机房的占地面积,节约了土地资源,产生附加经济效益,并改善了建筑物的外部形象,提高了建筑物的使用率。

 

  高效节能方面

  地温一年四季基本稳定,使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率。冬季,投入1kw电能,可以得到4kw左右的热能;夏季,投入1kw的电能,可以得到5kw以上的冷量。系统的高效率,压缩机的低能耗,使运行费用大幅减少,只有传统方式的2/3。

  热泵系统之所以节能,很重要的一点就是换热器位置的设置,传统的空调系统中,不管是水冷或风冷,其换热器对建筑立面造型均起一定的破坏作用。水冷换热器须配置冷却塔,且必须置于大气中,风冷机组也一样,都要暴露于建筑物之上的大气之中,这难免要对建筑立面造型造成不好的影响。风冷换热器和水冷换热器的换热环境均为大气,和大气换热不可避免地受到环境条件变化的影响。在夏季,当室外温度达到40 ℃时,由于换热效率的降低,主机的制冷量将下降20 %~40 %;在冬季,当室外温度下降到- 10 ℃时,供热量将下降到15 %~30 % ,而且要反复地冲霜来保证机组的正常运行。而对于地源热泵机组来讲,换热过程是和大地来完成的,换热对象是1.5 m以下的地层,其初始温度大约等于年平均气温,一般在14~16 ℃左右,基本不受外界环境的影响。

 

  环境保护方面

  众所周知,普通空调对环境的影响是不言而喻的,它不仅对大气臭氧层造成严重破坏。夏季,风冷机组将废热排入大气,使室外温度升高,还将水蒸气带入大气中;冬季,风冷机组吸收大气环境中的热量,导致恶劣的大气环境更加恶劣。因此,要保证空调运行对环境不产生任何影响,必须要改变换热对象,即不与大气换热,而变成与大地换热。在换热过程中,地下换热器在夏季将多余的热量排到大地中,在冬季又将热量取回,以达到冬夏取散热量平衡,达到制冷和供暖的目的。

 

 

 

 

     

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