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水源熱泵基本知識
一、 水源熱泵基本知識
(一) 基本概念
水源中央空調(diào)系統(tǒng)是一種從地下水資源中提取熱量的高效、節(jié)能、環(huán)保、再生的供熱(冷)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是成熟的熱泵技術(shù)、暖通空調(diào)技術(shù)配套地質(zhì)勘察成井技術(shù)于一體,在相對穩(wěn)定的水體溫度下高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。水源中央空調(diào)系統(tǒng)是由末端(室內(nèi)空氣處理末端等)系統(tǒng)、水源中央空調(diào)主機(jī)(又稱為水源熱泵)系統(tǒng)和水源水系統(tǒng)三部分組成。為用戶供熱時,水源中央空調(diào)系統(tǒng)從水源中提取低品位熱能,通過電能驅(qū)動的水源中央空調(diào)主機(jī)(熱泵)“泵” 送到高溫?zé)嵩矗詽M足用戶供熱需求。為用戶供冷時,水源中央空調(diào)系統(tǒng)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源中央空調(diào)主機(jī)(制冷)轉(zhuǎn)移到水源水中,以滿足用戶制冷需求。
用戶(室內(nèi)末端等)系統(tǒng)由用戶側(cè)水管系統(tǒng)、循環(huán)水泵、水過濾器、靜電水處理儀、各種末端空氣處理設(shè)備、膨脹定壓設(shè)備及相關(guān)閥門配件等組成。
水源中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、各種制冷管道配件和電器控制系統(tǒng)等組成。
水源水系統(tǒng)由取水裝置、取水泵、各種水處理設(shè)備、水源水管系統(tǒng)和閥門配件等組成。
制冷工況的實現(xiàn)只需通過合理地設(shè)計用戶系統(tǒng)和水源水系統(tǒng)管道和閥門,切換閥門來實現(xiàn)進(jìn)蒸發(fā)器的水源水改進(jìn)冷凝器,進(jìn)冷凝器的用戶系統(tǒng)循環(huán)水改進(jìn)入蒸發(fā)器,以達(dá)到制冷的目的。(反之則為供熱工況)
水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的冷暖空調(diào)系統(tǒng)。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用能量的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量),而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng),地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對的均衡。這使得利用儲存于其中的似乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說,水源熱泵是利用可再生能源的一種有效途徑。
(二)
水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖
在上圖中,供水井的地下水通過潛水泵進(jìn)入機(jī)組并進(jìn)行能量提取后回灌入回水井,構(gòu)成井水循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)組提取地下水中的低位能量并將其聚變?yōu)楦呶荒芰?,然后輸送給冷暖水循環(huán)系統(tǒng)(用戶末端)。整個系統(tǒng)僅消耗電能,無任何污染。由于地下水循環(huán)使用.因此也不會造成地層沉降。主機(jī)占地面積比傳統(tǒng)方式大大減少,可放置在地下室等空間。
(三)水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)水源應(yīng)用條件
一般來說,水源條件主要取決于四個因素,即水源水的獲取、水量、水溫、水質(zhì)
1 水源水的獲取
地表水、湖水、江河水、城市廢水、工業(yè)廢水等水源的利用政府一般不進(jìn)行干預(yù)。但地下水(打井)需報節(jié)水辦批準(zhǔn)。
2 水源水量
水源水量能否滿足工程要求,取決于以下因素:
1) 建筑冷熱負(fù)荷大小
2) 空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式
3) 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案
4) 水源水的溫度
(三) 水源熱泵機(jī)組的特點
節(jié)能性
與常規(guī)冷水機(jī)組比,常規(guī)機(jī)組散熱是在冷卻水30-35℃或32-37℃情況下散熱,但水源熱泵的散熱情況是在地下水溫度中散熱,溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)機(jī)組,由于溫差原因散熱能力被大大提高、耗電量被大幅度降低,同型號設(shè)備水源熱泵機(jī)組比常規(guī)設(shè)備制冷量提高20%-30%,耗電量降低15%左右。
環(huán)保潔凈
l 沒有燃燒過程,避免了排放任何煙塵及有害物質(zhì),社會效益顯著。
l 自由運(yùn)用地表水資源,又可成功地控制地面沉降。
l 利用城市已有的地?zé)豳Y源的棄水,既解決了熱污染問題,又進(jìn)一步提高能效比
節(jié)水省地
l 以地表水為源體,向其吸收或放出能量,即不消耗水資源,也不會對其造成污染。
l 省去了鍋爐房,冷卻塔及附屬的煤場、渣場所占用的寶貴面積。
節(jié)能經(jīng)濟(jì)
l 能源利潤率為傳統(tǒng)方式的3~4倍,投入1KW的電能可得到3~4KW以上的制冷或供熱的能量。
l 初投資是其它中央空調(diào)系統(tǒng)的2/3,運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省1/2~1/3。
靈活安全
l 真正做到“一機(jī)兩用”。利用地下水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。
l 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。
l 無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。
l 自動化程度高,無需專業(yè)人員操控。
用途廣泛
l 從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用。 在冬季不結(jié)凍地區(qū)的江、河、湖、水等均可得到有效利用
l 可為辦公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、超市、幼兒園、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調(diào)系統(tǒng),并可同時提供生活熱水。
l 可為紡織、化工、食品、電子等行業(yè)提供工藝?yán)鋬鏊?/span>
運(yùn)行可靠
l 機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定,幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響,即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減,更無結(jié)霜除霜之慮了。
l 機(jī)組主要零部件全部采用進(jìn)口設(shè)備,維護(hù)簡單,主機(jī)運(yùn)行壽命可達(dá)15年以上。
(五)水源熱泵中央空調(diào)的市場前景
1. 本項目是一種利用低位能源(空氣、土地、水、太陽能、工業(yè)廢熱等)代替一部分高位能源(煤、石油、電能等)以實現(xiàn)節(jié)能目的的高新技術(shù),由于其所具備的高熱能轉(zhuǎn)換效率(1:4),無污染,運(yùn)行成本低,便于物業(yè)管理,系統(tǒng)使用壽命長等特點,備受世界能源、環(huán)保組織和發(fā)達(dá)國家推崇,并被市場廣泛接受,自八十年代以來,年增長率一直保持在20%以上。如美國,85年只有14000臺水源熱泵,99年末統(tǒng)計,已安裝了400000臺。水源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的20%,其中新建筑中占30%,這樣將降低溫室氣體1百萬噸,相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放,年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元,美國的水源熱泵研究和應(yīng)用偏重于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)(60KW以下),而中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家則偏重于大型機(jī)組。據(jù)99年統(tǒng)計,水源熱泵在新建房屋中的利用率,瑞士為96%,奧地利為38%,丹麥為27%。
2. 在未來的幾年中,中國面臨著巨大的能源壓力。中國經(jīng)濟(jì)在保持較高速度增長的同時,必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以要求提高能源利用率,要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的方向就是從以煤為主轉(zhuǎn)為以燃?xì)?、電為主?/span>中國政府已于一九九七年與美國政府簽訂熱泵技術(shù)引進(jìn)協(xié)議;國家建設(shè)部1999年提出在10年內(nèi)建筑節(jié)能效率要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高50%;北京市政府已明令在四環(huán)以內(nèi),撤掉所有燃煤鍋爐,在三年內(nèi)改造1000萬平方米建筑取暖方式,使用清潔能源,并在財政上予以扶持。
3.據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,我國住宅空調(diào)安裝率迅速增長。上海居民住宅空調(diào)擁有率已超過60%,北京34%,城鎮(zhèn)居民擁有率20%,空調(diào)很可能成為冰箱、彩電后普及的又一種家電。這樣,對于黃河、長江中下游地區(qū)的城市,住宅環(huán)境就不再僅僅是采暖問題,而是要滿足統(tǒng)一考慮采暖和空調(diào)需求的綜合性問題。為此,采用具有諸多優(yōu)勢的水源熱泵方式將成為這種需求最具競爭力的住宅供熱空調(diào)方式。
4.自95年以來,經(jīng)過5年的市場導(dǎo)入和近200個完工項目的示范效應(yīng),中國建筑熱泵市場已經(jīng)開始啟動,據(jù)專家估計,該市場成長期的市場總值每年可實現(xiàn)50-100億元,成熟期則可望達(dá)到500億-800億元。
5.目前全國十幾個省市有近20家企業(yè)在著手開發(fā)水源熱泵項目,但有產(chǎn)品和示范工程的企業(yè)只有7-8家。外國公司在中國的推廣才剛剛開始,目前只有一些象征性的示范工程。
本項目在國際上已有30年的歷史,技術(shù)非常成熟。國內(nèi)大多數(shù)公司均是引進(jìn)技術(shù)和零部件,組裝生產(chǎn)。因此,對于中國企業(yè)來說,項目成功的關(guān)鍵,不主要取決于技術(shù),而是市場推廣的能力和手段,以及進(jìn)入市場的整體實力。
特注:水源熱泵設(shè)備從系統(tǒng)上講可分為兩種:1開式循環(huán)(利用水井中的地下水);2閉式循環(huán)(在地下打孔安裝管路,利用地下水和土壤與管路中的水進(jìn)行熱交換,將熱量散發(fā)到地下。)以上兩種方式投資商閉式稍高一些,但無須水利部門審批。
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