濟南市平陰縣安裝地源熱泵要聞

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濟南市平陰縣安裝地源熱泵要聞

簡介

（地）源熱泵主機（能源提升設備）、地下水井或埋管換熱系統(tǒng)（能量提取設備）。地源熱泵系統(tǒng)工作原理如圖1所示， “熱泵”二字說明它是熱泵的一種，具有熱泵的共同特點，其工作過程具體如下，夏季制冷時，大地作為排熱場所，把室內(nèi)熱量以及壓縮機耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去。冬季供熱時，大地作為熱泵機組的低溫熱源，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱。兩個換熱器都即可作冷凝器又可作蒸發(fā)器，只因季節(jié)不同而功能不同。在地源熱泵系統(tǒng)中，由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補償，因而可使大地的熱量基本維持平衡有許多地源熱泵系統(tǒng)正在*廣泛使用，特別是在美國、瑞士和北歐。裝機數(shù)量約為：美國300000臺，瑞士20000臺，北歐30000臺。在瑞士和北歐，地源熱泵系統(tǒng)大部分用于單個家庭住房；而在美國許多熱泵系統(tǒng)應用于大型建筑[9] 。國內(nèi)許多科研院所也已經(jīng)開展了不同程度的研究，地源熱泵的技術已經(jīng)距離 實用化非常近，并且采用深井水為熱源的地源熱泵技術已經(jīng)在應用[10] 。   地源熱泵作為一種非常重要的可再生能源，具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益，上已經(jīng)將地下蓄熱技術和高效熱泵同時列入21世紀zui有發(fā)展前途的新技術 地源熱泵應用于戶式*空調(diào)的技術性分析   

與其他能源利用技術相比地源熱泵具有一下優(yōu)勢：  

1.屬再生能源利用技術   

，地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年 利用能量的500倍還多  

2.屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術  地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣高，夏季比環(huán)境空氣低，這種溫度特性使之比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。

3.環(huán)境效益顯著。地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施，節(jié)能減排會更明顯[12]。   

4.一機多用，應用范圍廣   

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。  

5.節(jié)省空間   

可以埋在地下，不必大面積開挖，不占用地面的空間，上面可以種上花草。對于目前新興的花園式別墅，花園式小區(qū)樓宇及花園式建筑有非常好的實用性，并且由于其地面機房所需面積很小，故其對建筑面積節(jié)省的特點對當前建筑寶貴的面積來說無疑是一大福音地源熱泵應用于戶式*空調(diào)的經(jīng)濟性分析     

１.與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量。     

２.地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通*空調(diào)的50～60%[13]末端或地采暖系統(tǒng)（能量釋放設備）及系統(tǒng)管路附件（能量運輸設備）等四部分組成。如下圖所示，冬季水（地）源熱泵主機通過消耗少量電能，把地下水或地表巖土體中低品位熱能轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，實現(xiàn)采暖需求，無需鍋爐和大量的電能，節(jié)約了能源并避免了煙塵對環(huán)境的污染：夏季水（地）源熱泵主機則通過制冷運行，將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下水或地表巖土體中，達到室內(nèi)制冷的目的。由于水（地）源熱泵系統(tǒng)具有較高的制冷、制熱效率，要獲得同樣冷量或熱量，水（地）源熱泵系統(tǒng)只需要消耗少量的能源，在大大減少廠一次能源消耗的同時，也大量地降低了溫室氣體的排放量，減小了鍋爐煙塵對大氣的污染（地）源熱泵系統(tǒng)無論是制冷運行還是熱泵運行均比傳統(tǒng)的制冷，制熱方式更節(jié)能、更經(jīng)濟；  

在夏季制冷時，由于地下溫度較低，一般低于地表溫度15 N 20℃，所以水（地）源熱泵機組的冷凝溫度比傳統(tǒng)的水冷冷水機組低，其制冷能效比在5~6.5之間，而傳統(tǒng)的水冷冷水機組能效比一般在4.0~ 5.5之間，即制冷時水地）地源熱泵機組較傳統(tǒng)的水冷冷水機組節(jié)能15-20%；地源熱泵的原理和分類  以建筑物空調(diào)（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統(tǒng)有許多種。這種熱泵系統(tǒng)的一個熱源是建筑的內(nèi)部環(huán)境，另一個熱源是建筑外的環(huán)境。按建筑外環(huán)境的介質(zhì)的特點來分，通常把它們分為空氣源熱泵和地源熱泵兩大類。空氣源熱泵以室外空氣為一個熱源。它的系統(tǒng)簡單，初投資較低，但在冬季寒冷天氣時熱泵的效率大大降低，應用受到氣候條件的制約。另一種熱泵利用大地（地下巖土、地表水、地下水）作為熱源，可以稱之為“地源熱泵”。離地表15 m以下的地層中在未受干擾時常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又遠低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。此外，地源熱泵系統(tǒng)在冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量；夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量。這樣在地源熱泵系統(tǒng)中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率。地表水熱泵系統(tǒng)  地表水熱泵就是利用江、河、湖、海中的地表水作為熱泵機組的熱源和熱匯。當建筑物的周圍有大量的地表水體可以利用時，可通過水泵和輸配管路將水體的熱量傳遞給熱泵機組或?qū)岜脵C組的熱量釋放到地表水體中。近年來，利用污水處理廠的經(jīng)處理的二次水或直接利用原生污水的熱泵系統(tǒng)也引起人們的關注，這類熱泵系統(tǒng)就其特點來說也可歸于地表水熱泵系統(tǒng)。 

地表水熱泵系統(tǒng)的一個熱源是河溪、湖泊或近海中的地表水。在靠近江河湖海等大體量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源是值得考慮的一種空調(diào)熱泵的型式。當然，這種地表水熱泵系統(tǒng)也受到可以利用的地表水資源條件的限制。此外，由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，當環(huán)境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會降低。一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因數(shù)有關，需要根據(jù)具體情況進行計算。這種熱泵的換熱對水體中生態(tài)環(huán)境的影響也需要預先加以考慮。根據(jù)熱泵機組與地表水連接方式的不同，可將地表水熱泵分為兩類：即開式地表水熱泵系統(tǒng)和閉式地表水熱泵系統(tǒng)。開式地表水熱泵系統(tǒng)和地下水熱泵系統(tǒng)近似，即從水體底部將水通過管道和水泵輸送到熱泵機組中，進行熱量交換后，然后通過排水管道又將其輸送回地表水體中。閉式地表水熱泵系統(tǒng)就是通過放置在湖中或河流中的換熱器與熱泵機組連接，吸熱或放熱均通過換熱器內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)進行。當熱泵機組處于寒冷地區(qū)時，在冬季制熱工況時，置于水體內(nèi)的熱交換器內(nèi)應采用防凍液作為循環(huán)介質(zhì)。在開式地表水熱泵系統(tǒng)的供冷工況中，地表水的作用與冷卻塔近似，而且不需要消耗風機的電能，因此初投資比較低。開式系統(tǒng)存在的zui大缺點是熱泵機組的結(jié)垢堵塞問題。在冬季制熱模式時，當湖水溫度較低時，機組換熱器會有凍結(jié)的危險，因此開式系統(tǒng)只能用于相對溫暖氣候的地區(qū)或熱負荷很小的寒冷地區(qū)的供熱與開式系統(tǒng)相比，閉式地表水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點是機組結(jié)垢的可能性降低。這主要是由于在熱泵機組換熱器內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)為干凈的水或防凍液；另外閉式系統(tǒng)湖水環(huán)路循環(huán)泵的耗電量明顯低于開式系統(tǒng)。  地表水熱泵系統(tǒng)的特點與空氣源熱泵相似，即環(huán)境熱源的溫度均隨室外氣候的變化而變化。當室外溫度降低時，熱泵的供熱量及效率也隨之降低，而此時所需的熱負荷確增加。因此，在情況下，機組往往不能滿足要求，而且采用地表水熱泵系統(tǒng)需要一定的自然水體，這也使得地表水熱泵系統(tǒng)的應用受到一定的限制。  海水源熱泵已成為近年來關注的熱點之一，但在我國大規(guī)模應用海水源熱泵的技術還不夠成熟。技術方面的主要困難在于海水對設備的腐蝕以及海洋生物在管道中滋生引起的堵塞。此外，在北方地區(qū)（例如大連、青島）由于冬季海水的溫度較低，因此系統(tǒng)的效率較低；大規(guī)模的取水構(gòu)筑物也增加了系統(tǒng)的初投資地埋管地源熱泵系統(tǒng)  地埋管地源熱泵系統(tǒng)是利用地下巖土作為熱源或熱匯，它是由一組埋于地下的高強度塑料管（地埋管換熱器）與熱泵機組構(gòu)成。在夏季，水或循環(huán)液通過管路進行循環(huán)，將熱泵釋放的熱量排到地下巖土層；冬季循環(huán)介質(zhì)將巖土層的熱量提取出來經(jīng)熱泵釋放給室內(nèi)環(huán)境。由于較深的地層在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，效率大大提高，且又不受地下水資源的限制，它在歐、美的一些發(fā)達國得到了廣泛的應用。 

根據(jù)布置形式的不同，地下埋管換熱器可分為水平埋管與豎直埋管換熱器兩大類。水平埋管方式的優(yōu)點是在軟土地區(qū)造價較低，但缺點是占地面積大，通常不太適合中國地少人多的國情。豎直地埋管換熱器也就是在若干豎直鉆孔中設置地下埋管的地埋管換熱器。由于豎直地埋管換熱器具有占地少、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點，因此已成為工程應用中的主導形式。豎直埋管的方式的鉆孔直徑通常為0.11－0.15m，深度40－150m；在鉆孔中插入高密度聚乙烯(PE)的U型管，然后用回填材料把鉆孔密封，再把各U型管連接成地埋管換熱器具備供熱和供冷兩重功能但初投資偏高，這就決定了在我國地埋管地源熱泵技術現(xiàn)在還主要應用于公共建筑和的住宅上。在這個意義上說，系統(tǒng)造價高在相當一段時間內(nèi)會是在我國農(nóng)村應用地埋管地源熱泵技術的主要障礙。但是，這個障礙只是暫時的。隨著廣大農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，特別是當更多的人感受到地源熱泵系統(tǒng)在其整個生命周期內(nèi)的經(jīng)濟性時，其初投資高的障礙將被打破。  采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)的第二個制約因素是設置地埋管換熱器需要一定面積的土地。鑒于我國地少人多的國情，集中供熱仍將是我國北方城市中的主流供熱方式。在農(nóng)村地區(qū)的情況則大不相同。農(nóng)村人口的居住相對分散，城鎮(zhèn)的規(guī)模也較小，從技術經(jīng)濟的角度看，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱技術受到限制。同時，由于農(nóng)村地區(qū)的建筑容積率低，基本不存在缺少土地埋設地埋管換熱器的問題。這就為應用地埋管地源熱泵技術創(chuàng)造了的條件。這也是為什么在德國、瑞士和奧地利等一些歐洲國家中廣泛采用地源熱泵系統(tǒng)采暖的原因。美國的地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要也是應用在農(nóng)村地區(qū)。從這個意義上說，在我國農(nóng)村地區(qū)推廣應用地源熱泵供熱技術的前景將是更好于城市，我們應該積極為此創(chuàng)造條件。 

采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)的第三個制約因素是必須考慮地埋管換熱器中全年吸熱和放熱的平衡。在北方地區(qū)的一些應用中往往只要求冬季供熱，此時采用地源熱泵加地板輻射采暖技術結(jié)合的系統(tǒng)是一種經(jīng)濟合理的方案；但這種系統(tǒng)也會造成比較嚴重的全年冷熱負荷不平衡。在地埋管換熱器運行的過程中地表和周圍的巖土將向地埋管換熱器傳熱，補充熱量，但由于其幾何尺度很大，這種傳熱是非常緩慢的過程。此外，地下水的滲流也有利于地埋管換熱器的傳熱，并有利于減弱或消除地埋管換熱器吸放熱不平衡的現(xiàn)象。研究表明，這種導熱和對流的傳熱對緩解地下冷熱負荷不平衡的作用都與系統(tǒng)的幾何尺寸有很大關系。尺度小的系統(tǒng)能夠容易地得到熱量的補充而恢復其功能，而對于由數(shù)百甚至數(shù)千個埋管組成的地埋管換熱器，“地溫”難以恢復，冷熱負荷不平衡的影響將嚴重得多。由此可以得到啟示，對于分散的和小型的地源熱泵應用項目，地下冷熱負荷不平衡的影響較輕，問題相對容易解決。這是在農(nóng)村地區(qū)推廣應用地源熱泵技術的又一個相對有利的條件

高溫熱回收型地源熱泵空調(diào)機組作為一種高效、環(huán)保、節(jié)能的供熱制冷設備，可以應用于多種采暖空調(diào)和熱水供應系統(tǒng)，并可以和其它新能源技術有機結(jié)合，提高綜合利用效率。

目前，高溫地源熱泵在工程中的實際應用主要有如下幾種途徑：   

(1)燃煤或燃油(氣)鍋爐改造工程。直接替代供熱鍋爐，具有占地少，工程量小，環(huán)保，安全，運行費用低等優(yōu)勢，可以直接連接散熱器采暖系統(tǒng)而不需要改造末端系統(tǒng)，雖然一次投資高于普通供熱鍋爐，但因其運行費用僅相當于燃煤鍋爐1/3，其增加的投資可以在3-5年內(nèi)收回；   

(2)建筑采暖、空調(diào)和衛(wèi)生熱水三聯(lián)供。衛(wèi)生熱水供水溫度60℃以上，特別是在夏季，制冷的同時回收空調(diào)余熱免費提供衛(wèi)生熱水，經(jīng)濟效益顯著；   

(3)低溫地熱和地熱尾水利用。對于許多溫度在50℃以下的地熱資源，直接利用效益不佳，可以采用高溫地源熱泵，以其作為熱源，向采暖系統(tǒng)供熱或提供生活熱水。對于50℃以上的地熱資源，一般地熱水在經(jīng)過采暖系統(tǒng)或生活熱水系統(tǒng)后直接排放或回灌，地熱尾水的溫度在40℃左右，可以利用高溫地源熱泵回收地熱尾水中的熱量向系統(tǒng)供熱，使地熱尾水排放溫度降底到10℃左右，大大提高地熱資源的利用率，使一眼地熱井產(chǎn)生兩眼井的效益。 

 (4)與太陽能供熱系統(tǒng)的結(jié)合。目前太陽能越來越多的應用到建筑熱水供應和空調(diào)采暖系統(tǒng)之中，但是因為太陽能資源的不穩(wěn)定性，基本上需要常規(guī)能源作為輔助，如采用電鍋爐、染油(氣)鍋爐輔助加熱。將高溫地源熱泵與太陽能結(jié)合用于建筑熱水供應和采暖系統(tǒng)，一方面可以節(jié)省大量的能源費用，減少對環(huán)境的污染，另一方面，對太陽能熱水的溫度要求降低，在滿足用戶供熱溫度的同時*的提高了太陽能集熱器的吸熱效率，減少集熱器的投資高溫地源熱泵技術的發(fā)展   

隨著各科研單位對地源熱泵研究力度的深入和大量新技術的不斷涌現(xiàn)，高溫地源熱泵技術將不斷發(fā)展，其運行效率、出水溫度、應用范圍將會不斷的改進，滿足各種方面的空調(diào)供熱需求。相信在不久的將來，在地源熱泵市場上將會有越來越多的產(chǎn)品供供熱空調(diào)設計師和用戶選擇。