水源熱泵技術(shù)

區城供熱2011.3期水源熱泵技術(shù).山東勝利油田熱電聯(lián)供中心張文[摘要]我國有豐富的地熱資源。目前,地熱主要是直接利用,如冬天供暖、供熱水、農業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來(lái),國際上適用于低溫地熱利用的水源熱泵技術(shù)發(fā)展非常迅速,對地熱能的高效綜合利用有極為重要的意義。[關(guān)鍵詞]水源熱泵吸收式熱泵壓縮 式熱泵.一、前言建筑中地源熱泵系統已占空調總保有量的當今世界，常規能源日見(jiàn)短缺,而在總能19% ,其中在新建筑中占30%。美國熱泵工業(yè)耗中，民用采曖、空調耗能比例逐年增長(cháng)。目已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜前,采暖、空調存在能耗大,效率低、惡化城市電力研究所及眾多熱泵廠(chǎng)家組成的美國熱大氣環(huán)境質(zhì)量等問(wèn)題,在這種背景下,以環(huán)保泵協(xié)會(huì ),該協(xié)會(huì )在近年中將投入一億美元從和節能為主要特征的綠色采暖、空調系統應事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃近期達到運而生，而熱泵系統正是滿(mǎn)足這些要求的新每年安裝40萬(wàn)臺熱泵的目標,屆時(shí)將降低溫興技術(shù)。室氣體排放1百萬(wàn)噸,相當于減少50萬(wàn)輛汽.大地作為一種巨大而穩定的熱儲資源，車(chē)的污染物排放或植樹(shù)1百萬(wàn)英畝,年節約其淺層地溫和地下水在能源利用方面也有廣能源費用達4.2億美元,此后,每年節約能源泛應用前景,我國有豐富的地熱資源。目前,地費用再增加1.7億美元。與美國的熱泵發(fā)展熱主要是直接利用,如冬天供暖、供熱水、農有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來(lái),國際上適用于國等國家主要利用淺層地熱資源,地下土壤低溫地熱利用的水源熱泵技術(shù)發(fā)展非常迅埋盤(pán)管(埋深<400米)的地源熱泵,用于室內速,對地熱能的高效綜合利用有極為重要的地板輻射供暖及提供生活熱水。據1999年意義。水源熱泵技術(shù)是一種較理想的采暖、空的統計,家用的供熱裝置中,地源熱泵所占調方式,具有耗能少,不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),符比例，瑞士為96%，奧地利為38%,丹麥為合可持續發(fā)展的要求。27%。二、熱泵技術(shù)現狀我國占地熱資源總量98%以上的是低溫歐美等發(fā)達國家較早意識到要調整社會(huì )資源。目前對我國眾多的低溫地熱資源還主能源結構和環(huán)境保護問(wèn)題,因此熱泵在這些要中國煤化工利用總量已達國家應用較多。許多國家采取一系列措施來(lái)到24YHCNMHG,但利用水平刺激熱泵的發(fā)展。據統計, 1998年美國商業(yè)和效率比較低,40C以下溫度段的能量利-93 -區域供熱2011.3 期用率更差。在對巨大的地溫熱儲(如淺層地液體,到熱膨脹閥C1進(jìn)行節流膨脹成低壓液溫和地下水)能量的利用方面更加缺乏創(chuàng )體進(jìn)入蒸發(fā)器D1器蒸發(fā)成低壓蒸汽,蒸發(fā)過(guò)新思路,與國外有非常大的差距。因此,非程中吸收水中的熱量QD將水冷卻。低壓制常有必要大力開(kāi)展研究開(kāi)發(fā)熱泵新技術(shù)的冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機A1壓縮成高壓氣體,工作。如此循環(huán)不已。此時(shí),供熱需要的熱水在冷凝三熱泵的工作原理器B1中獲得。熱泵的原理與制冷機完全相同，熱泵的對于供熱模式的熱泵，根據能量守恒定作用是從低溫熱源中吸取-定數量的熱量,律可得到如下關(guān)系式:提高溫度后輸送到溫度較高的有限空間,達QB=QD+W到供暖的目的。熱泵分為吸收式熱泵和壓縮熱泵的效率(性能系數)COP定義為:式熱泵兩大類(lèi)，吸收式熱泵是以熱量為代價(jià)COP=QB/W來(lái)實(shí)現從低溫熱源向高溫輸送熱量。壓縮式在制冷模式時(shí)如圖2所示，高壓高溫的熱泵靠消耗電能或機械功把熱量從低溫熱源制冷劑氣體從壓縮機A2(電能W)出來(lái)后進(jìn)向高溫輸送,它是以少量的功(轉化為熱量)人冷凝器B2,向水中排放熱量QB而冷卻成抽取環(huán)境熱量一同供給熱用戶(hù)，熱泵的性能高壓液體,并使水溫升高。到熱膨脹閥C2進(jìn)系數(COP)是產(chǎn)出的熱量與投人的電能(或行節流膨脹成低壓液體后進(jìn)入蒸發(fā)器D2蒸熱能)比。發(fā)成低壓蒸汽，同時(shí)吸收空氣或水的熱量目前我國利用較多的是水源熱泵，就是QD。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)人壓縮機A2壓縮以地下水作為冷熱“源體”,在冬季利用熱泵成高壓氣體,如此循環(huán)不已。此時(shí),制冷需要.吸收其熱量向建筑物供暖，在夏季熱泵將吸的冷水在蒸發(fā)器D2中獲得。與傳統的暖通空收到的熱量向其排放,實(shí)現對建筑物供冷。熱調系統相比水源熱泵系統只是通過(guò)與地下水泵的工作原理是利用工作流體(工作介質(zhì))在的熱交換來(lái)完成制冷或制熱的效果。通過(guò)在不同壓力溫度下的蒸發(fā)和冷凝進(jìn)行吸-放熱不同季節進(jìn)行冷凝器和蒸發(fā)器的轉換，就可的過(guò)程,通過(guò)壓縮機驅動(dòng)(電功),將熱量從低以完成制冷與制熱功能的轉換。溫環(huán)境送到高溫環(huán)境，達到制冷或制熱的目對于制冷模式的熱泵，根據能量守恒定的。如圖1及圖2所示。在供熱模式時(shí)如圖1所示，高壓高溫制冷劑氣體從壓縮機A1(電能W)壓出后進(jìn)入冷凝器B1同時(shí)排放熱量QB而冷卻成高壓COP=QD/W制冷冷水.采暖熱水D231兇) C11M12A21.B2中國煤化工|↓ 含油污水.MHCN MH G水圖1圖2-94-區域供熱2011.3 期四、熱泵的效益分析部件運動(dòng),磨損少,平時(shí)無(wú)需檢修。(一)熱泵供熱采暖(3)因管理與勞動(dòng)強度均較少,可減少定熱泵特別適用于冬天供暖或供應熱水。員從而節省工資開(kāi)支。它可分為普通型和高溫型兩種:利用電驅動(dòng)(4)鍋爐房的鍋爐風(fēng)機的耗電量也較大。的地熱熱泵，前者可把7-12C的地下水提升(二)熱泵供冷空調到45-50C;后者適用于將30-40C的低溫地用電驅動(dòng)制冷空調機組,1kW的冷量需熱水溫度提升到65-70C;兩者的制熱系數要花費0.29kW的電力，用電量小于家用空COP均可達到3-4，也就是說(shuō)，花費一份代調,與傳統的曖通空調系統減少冷卻塔,并大價(jià),可以得到3--4倍的熱量。與使用常規能源大節約了電力和相應的成本費用。加熱獲得熱水的方式相比，無(wú)疑大大節省了五、結語(yǔ)能源，進(jìn)而也減少了因使用化石燃料燃燒的水源熱泵是高科技通向節能環(huán)保的橋過(guò)程中排放物對環(huán)境造成的污染。梁。它可以利用40C以下的低溫地熱和低于熱泵的經(jīng)濟性是由多方面來(lái)確定的,熱環(huán)境溫度的地溫熱庫能量，達到節能和環(huán)保泵供暖與燃煤、燃氣、燃油鍋爐房供暖,從燃料的效果。利用地熱熱泵供暖和供熱水,其運行消耗費用做一個(gè)簡(jiǎn)單比較，以產(chǎn)生為費用可比用天然氣或直接用電節省30-70%。10000keal熱量所需的燃料費我們可以得出:在夏天進(jìn)行制冷,供建筑物空調使用,可減少1.用熱泵機組:設熱泵的COP值為3.5，空 調的用電量和費用。則耗電量為3.32kWh,若電費平均價(jià)格為0.5從以上分析可知，水源熱泵系統是一種元/kWh,則電費為:3.32x0.5元=1.66元.可靠、經(jīng)濟、節能的采暖方式。不僅如此,由于2.用煤:煤低位發(fā)熱值22000kJ/kg,燃煤它使用清潔能源,由于它節能效果明顯,節能鍋爐的熱效率75%計，則所需的燃料為就是環(huán)保，在電力已進(jìn)人買(mǎi)方市場(chǎng)的條件下，2.54kg。若煤價(jià)為0.30元/kg,則費用為:2.54在人民生活條件迅速改善的條件下,水源熱泵x0.30元=0.76元無(wú)疑將是一種受大家歡迎的采暖空調方式。3.用燃氣:天然氣熱值為33500kJ/Nm',燃氣鍋爐的熱效率90%計,則所需的的燃氣量參考文獻為1.39Nm'。若燃氣價(jià)格為1.4 元/m?,則費用為:1.39x1.4元=1.95元[1]李樹(shù)明.地下熱能的合理應用[J]. 水務(wù)世界,4.用燃油:燃油低位發(fā)熱量:41068kJ/kg,2005,(1):41-43.燃油鍋爐的熱效率80%計，所需的油量為[2]06SS127,熱泵熱水系統選用與安裝[S].國家建筑1.27kg。若油價(jià)為1.2 元/kg,則費用為:1.27x標準設計圖集.[3]CB50366- -2005. 地源熱泵系統工程技術(shù)規范[S].1.2元=1.52元僅從燃料費上可見(jiàn)，燃煤是最便宜的,而[4]GB/T 50265- -97,泵站設計規范[S].燃氣最貴。但熱泵與鍋爐房供熱相比,顯然具[5]黃自勤,曲申酉,肖脊書(shū)等.熱水機組選用與安裝[S].國家標準圖集,05SS121:16-17.有運行附加費較小，這是因為:[6]倪龍、封家平、馬最良.地下水源熱泵的研究現狀(1)熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保和進(jìn)展[J].建筑熱能通風(fēng)空調,2004,23(2):26-管費、排渣運輸費等;中國煤化工(2)檢修周期較長(cháng),因鍋爐設備與高溫煙[7]刁YHCN M H G節能新技術(shù)[]. .氣接觸,構件極易受損;而熱泵系統只有兩個(gè)建筑熱能通風(fēng)空調,2004 ,23(3):18-23-95-