節(jié)能環(huán)保之地源熱泵

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　1.熱泵的定義及原理

　　在我國(guó)《暖通空調(diào)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（GB50155-92）》中，對(duì)“熱泵”的解釋是“能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機(jī)”；在《新國(guó)際制冷詞典（NewInternationalDictionaryofRefrigeration）》中，對(duì)“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)”?？梢?，熱泵在本質(zhì)上是與制冷機(jī)相同的，只是運(yùn)行工況不同。其工作原理是，由電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使工質(zhì)（如R22）循環(huán)運(yùn)動(dòng)反復(fù)發(fā)生物理相變過程，分別在蒸發(fā)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(jī)組實(shí)現(xiàn)制熱（或制冷）功能。在此過程中，熱泵的壓縮機(jī)需要一定量的高位電能驅(qū)動(dòng)，其蒸發(fā)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(shù)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(shù)，即COP值（CoefficientofPerformance）。

　　2.地（水）源熱泵機(jī)組的工作原理

　　是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)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(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全可靠、可自動(dòng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.地源熱泵同空氣源熱泵相比，有什么優(yōu)點(diǎn)

　　地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）全年溫度波動(dòng)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(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費(fèi)用40%左右。（2）冬季運(yùn)行不需要除霜，減少了結(jié)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(tǒng)的分類及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)

　　1）Groundwaterheatpumps，GWHPs地下水熱泵系統(tǒng)，也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。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(jī)組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

　　其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì)，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質(zhì)良好；水量豐富；回灌可靠；符合標(biāo)準(zhǔn)。

　　2）（a）Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統(tǒng)（b）Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)。（a）和（b）兩種方式都?xì)w屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs（地下耦合熱泵系統(tǒng)），也稱埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)。還有另外一個(gè)術(shù)語叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)。這一閉式系統(tǒng)方式，通過中間介質(zhì)（通常為水或者是加入防凍劑的水）作為熱載體，使中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行熱交換的目的。

　　對(duì)于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高；對(duì)于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：安裝費(fèi)用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點(diǎn)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(tǒng)。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(yōu)點(diǎn)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(tǒng)投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運(yùn)行費(fèi)用，在溫暖地區(qū)，湖水可做熱源，其缺點(diǎn)有：在淺水湖中，盤管容易被破壞，由于水溫變化較大，會(huì)降低機(jī)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(guó)外常稱為"熱井".這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護(hù)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(shè)施。熱泵機(jī)組出水直接在孔洞上部進(jìn)入，其中一部分在地下水位以下進(jìn)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(jī)組供水。這一方式主要應(yīng)用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m.

　　該系統(tǒng)適用于巖石地質(zhì)地區(qū)，該地區(qū)巖石鉆孔費(fèi)用高，而與巖石直接換熱，大大提高換熱效率，節(jié)省鉆孔、埋管費(fèi)用。須得注意分析具體地質(zhì)情況，做好隔熱、封閉、過濾、實(shí)際換熱量測(cè)算等具體工作。

　　5）鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng)：適用于空間小，不能單獨(dú)采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑或內(nèi)外分區(qū)冬季有大量可利用的排熱的建筑物，冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷，節(jié)省成本；事實(shí)證明該系統(tǒng)是高效率、低費(fèi)用的。

　　它的補(bǔ)充熱源有水地源、太陽能、電鍋爐、城市熱網(wǎng)……，額外排熱由冷卻塔或水地源來解決。其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要詳細(xì)計(jì)算各季節(jié)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(guān)水源熱泵行業(yè)的一個(gè)小的調(diào)查報(bào)告：

　　一、目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的水源熱泵的生產(chǎn)企業(yè)，其中包括國(guó)內(nèi)及國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)

　　國(guó)內(nèi)：山東富爾達(dá)、清華同方、山東宏力、煙臺(tái)荏原、泰豪科技、煙臺(tái)光大、煙臺(tái)藍(lán)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(guó)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(guó)水源熱泵機(jī)組的市場(chǎng)總?cè)萘?，其中包括?guó)內(nèi)企業(yè)銷售量及國(guó)內(nèi)進(jìn)口量

　　2004市場(chǎng)總?cè)萘浚?——5億，富爾達(dá)、同方過億，其它都在幾千萬——幾百萬

　　三、國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)企業(yè)在國(guó)內(nèi)的代表性工程簡(jiǎn)介（可以看各家的網(wǎng)站）

　　四、水源熱泵機(jī)組產(chǎn)品的市場(chǎng)分布情況，主要銷售城市及銷售數(shù)量

　　主要產(chǎn)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(jī)組設(shè)備部分的機(jī)組形式及主要參數(shù)值；機(jī)組形式：國(guó)內(nèi)產(chǎn)品以水－水系統(tǒng)、大機(jī)組為主；國(guó)外產(chǎn)品以水－空氣系統(tǒng)，小產(chǎn)品為主。

　　1、目前以螺桿式壓縮機(jī)機(jī)＋殼管式換熱器為主；

　　2、部分企業(yè)以渦旋式壓縮機(jī)＋板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機(jī)組為主；

　　3、很少有企業(yè)用最早的活塞式壓縮機(jī)做機(jī)組了

　　機(jī)組大小：以50KW——2000KW為主要產(chǎn)品。

　　五、國(guó)內(nèi)外水源熱泵的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r：

　　包括地上的設(shè)備部分及地下水源部分機(jī)組發(fā)展目標(biāo)：自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)視控制化、滿液式蒸發(fā)器的應(yīng)用、系統(tǒng)優(yōu)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(jì)算問題，混合式系統(tǒng)（如水環(huán)熱泵系統(tǒng)）的精準(zhǔn)計(jì)算匹配問題

　　六、國(guó)內(nèi)外水源熱泵的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　美國(guó)：

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

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

　　ARI110-97，Air-ConditioningandRefrigeratingEquipmentNameplateVoltages；

　　ASHRAE37-1988，MethodsofTestingUnitaryAir-ConditioningandHeatPumpEquipment；

　　國(guó)內(nèi)：

　　GB/T19409-2003水源熱泵機(jī)組；

　　GB/T10870—2001容積式和離心式冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法

　　GB/T18430.1—2001蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水（熱泵）機(jī)組

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

　　JB/T7227—1994復(fù)合熱源熱泵型螺桿式冷水機(jī)組

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

　　地源熱泵供暖空調(diào)技術(shù)規(guī)程——－建研院空調(diào)所正在編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

　　七、政府對(duì)水源熱泵技術(shù)推廣的相關(guān)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(qū)容易推廣，比如：東北3省、內(nèi)蒙、河南、北京、天津、山東西南部……

　　八、影響水源熱泵發(fā)展的相關(guān)因素等等

　　1、政府的地下水政策；

　　2、眾廠家對(duì)回灌技術(shù)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(shù)比較

　　熱泵雖然有大于1的制熱系數(shù)，但是僅以此來判斷供熱的經(jīng)濟(jì)性還是不夠的。在將電動(dòng)熱泵供暖和其他供暖方式比較時(shí)，還應(yīng)考慮另一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)——能量利用系數(shù)E.能源利用系數(shù)E的定義為，供熱量與消耗的初級(jí)能源之比。它除反映了制熱系數(shù)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(fā)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(shù)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(shù)最高，達(dá)1.4，由此可以看出水源熱泵供熱方式最節(jié)能且最為經(jīng)濟(jì)。