試析地源熱泵技術(shù)在空調(diào)節(jié)能改造項(xiàng)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(guó)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(diǎn)針對(duì)具體實(shí)例，對(duì)地源熱泵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。地源熱泵不僅節(jié)水省地、環(huán)保潔凈、靈活安全、運(yùn)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(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：  　　前言：地源熱泵技術(shù)是一種在經(jīng)濟(jì)性上和技術(shù)上都具有較大優(yōu)勢(shì)的解決供熱問(wèn)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(guò)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(duì)它的經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿霓D(zhuǎn)移.工作原理見(jiàn)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(dòng).故對(duì)地下環(huán)境無(wú)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(jī))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(duì)大氣的污染但排放的CO:仍造成了環(huán)境問(wèn)題.而且運(yùn)行費(fèi)用很高。隨著不可再生能源的逐漸開采能源危機(jī)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球性的重要問(wèn)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(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保為特征的技術(shù)。地表淺層好像一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器.每年收集47伙，的太陽(yáng)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(duì)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(guò)地下埋管管內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)與土壤進(jìn)行閉式熱交換達(dá)到供冷供熱目的夏季通過(guò)熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對(duì)建筑進(jìn)行降溫冬季通過(guò)熱泵將大地中的低位熱能提高品位對(duì)建筑供暖。大地在整個(gè)循環(huán)中起到了蓄熱器的作用.具體  　　工作過(guò)程.見(jiàn)圖2。  　　  　　  　　注:夏季吸收房間中的熱量，儲(chǔ)存到土壤中，達(dá)到制冷效果。冬季將土壤中的熱量“提取”出來(lái)，利用能量轉(zhuǎn)換對(duì)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(xiàng)目中的應(yīng)用  　　某賓館冬季供熱使用燃煤蒸汽鍋爐，對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)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(jī)組并聯(lián)在原有的螺桿冷水機(jī)組上.增大原有冷水機(jī)組機(jī)組總制冷量為入住賓館的客人提供一個(gè)更舒適的環(huán)境又可根據(jù)夏季負(fù)荷的變化改變冷水機(jī)組的開啟數(shù)量，有效地達(dá)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(jī)房提供。其內(nèi)共計(jì)3臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組.總冷量4176kw.屋頂上設(shè)3臺(tái)冷卻塔空調(diào)熱源由裙樓內(nèi)鍋爐房供給.經(jīng)過(guò)汽一水換熱器提供55/50oc熱水。  　　21方案設(shè)計(jì)  　　根據(jù)賓館提供的原空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料.主樓、裙樓的計(jì)算總冷負(fù)荷為3676kw，總熱負(fù)荷為2601kw。其中冬季熱負(fù)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(jī)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(fèi)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(tái)冷水機(jī)組提供足夠的冷量，故熱泵機(jī)組的選型以及埋孔數(shù)量根據(jù)冬季熱負(fù)荷來(lái)選擇。  　　2.2熱泵機(jī)組配置  　　根據(jù)上述的計(jì)算負(fù)荷結(jié)合本工程的實(shí)際情況擬選用帶熱回收系統(tǒng)的克萊門特地源熱泵機(jī)組2臺(tái)(HFCR134a環(huán)保冷媒)。具體參數(shù)見(jiàn)表l。  　　表1熱泵機(jī)組參數(shù)表  　　  　　2.3土壤換熱器設(shè)計(jì)  　　每米井深換熱量和換熱器承擔(dān)負(fù)荷表2、表3  　　  　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，雙U型土壤換熱器布井?dāng)?shù)量見(jiàn)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(jì)鉆孔數(shù)量267個(gè)。計(jì)算其埋管場(chǎng)地土壤換熱器需占地面積約4272m，。  　　2.4太陽(yáng)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(jī)地結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。根據(jù)青島地區(qū)的太陽(yáng)能輻射情況，見(jiàn)圖2，屬于全國(guó)太陽(yáng)能資源分布的第四類地區(qū)有一定能源利用價(jià)值。  　　  　　可以利用太陽(yáng)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(yáng)能集熱板儲(chǔ)存的熱量由地?zé)岷吞?yáng)能共同供暖。這種組合形式比單純使用地源熱泵更為經(jīng)濟(jì)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(yáng)能集熱板的有效面積.布置 200m2的太陽(yáng)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(shì)和經(jīng)濟(jì)可行性分析  　　3.1技術(shù)優(yōu)勢(shì)  　　根據(jù)賓館原空調(diào)系統(tǒng)情況.本項(xiàng)目結(jié)合當(dāng)今世界先進(jìn)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(yáng)能集熱板的組合方案，充分利用項(xiàng)目所在地區(qū)的自然環(huán)境中所蘊(yùn)含的空調(diào)能源.以先進(jìn)的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目節(jié)能改造目標(biāo)。分析本項(xiàng)目技術(shù)方案，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì):  　　(1)環(huán)保潔凈。無(wú)燃燒少排放運(yùn)用地?zé)豳Y源提高能效比.無(wú)冷卻塔，減少冷卻塔水污染，杜絕“軍團(tuán)病菌”對(duì)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(huì)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(jī)房空間。  　　(3)節(jié)能經(jīng)濟(jì)。能源利潤(rùn)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(yùn)行費(fèi)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(jī)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(jī)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(wú)儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等生活及安全隱患。自動(dòng)化程度高:無(wú)需專業(yè)人員操控。(引運(yùn)行可靠。機(jī)組的運(yùn)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(huì)衰減.更無(wú)結(jié)霜除霜之慮。  　　3.2經(jīng)濟(jì)可行性分析  　　(l)投資估算。根據(jù)方案估算.見(jiàn)表5。其中機(jī)房部分報(bào)價(jià)包括閥門配件、管道及人工安裝費(fèi)用.不包括電氣部分。水泵選配根據(jù)主機(jī)而定。實(shí)際報(bào)價(jià)需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和方案重新計(jì)算。  　　表5投資估算  　　  　　(2)費(fèi)用分析比較。根據(jù)節(jié)能改造前后空調(diào)運(yùn)行的不同情況.比較(冷水機(jī)組十地源熱泵系統(tǒng))與(冷水機(jī)組十燃?xì)忮仩t系統(tǒng))不同情況下的運(yùn)行費(fèi)用.其中，中央空調(diào)系統(tǒng)按夏季運(yùn)行120d，冬季運(yùn)行 90d.每天運(yùn)行24h;電價(jià)按0.8元/kwh，燃?xì)獍?.8元/m，計(jì)算同時(shí)使用系數(shù)按0.7計(jì)算。  　　(3)減排t分析。對(duì)系統(tǒng)改造的目標(biāo)不能僅僅停留在節(jié)能省電上.同時(shí)也要考慮到對(duì)環(huán)境的污染物排放量。在實(shí)質(zhì)上地源熱泵對(duì)大氣環(huán)境并非零排放.地源熱泵系統(tǒng)對(duì)大氣的排放量來(lái)源于其所耗電能在火電廠發(fā)電時(shí)所排放的污染物.故嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏p排t計(jì)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(yǔ)  　　隨著人們環(huán)保意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的不斷增強(qiáng)，在空調(diào)領(lǐng)域?qū)ふ仪鍧嵖稍偕茉凑找娉蔀檠芯繜狳c(diǎn)。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(jià)格波動(dòng)影響等特殊優(yōu)勢(shì).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(guò)多年的實(shí)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(jì)節(jié)能與環(huán)保性能已經(jīng)在諸多工程中得到了驗(yàn)證，具有廣闊的發(fā)展前景。  　　參考文獻(xiàn)：  　　[1] 趙軍,張春雷,王健,陳濤,李新國(guó),宋德坤.地源熱泵在實(shí)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(guò)程中的問(wèn)題分析[J]. 流體機(jī)械. 2003(05)  　　[3] 曲云霞,方肇洪,張林華,李安桂.太陽(yáng)能輔助供暖的地源熱泵經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 可再生能源. 2003(01)  　　[4] 楊大明.21世紀(jì)的綠色空洞技術(shù)――地源熱泵[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì). 2002(09)  　　[5] 顏愛(ài)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(bào). 2002(02)  　　[6] 李?,仇中柱,于立強(qiáng).U型垂直埋管式土壤源熱泵埋管周圍溫度場(chǎng)的理論研究[J]. 暖通空調(diào). 2002(01)    botxt