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暖通空调新技术
暖通空调新技术
录入时间:2019/12/9 18:22:44

暖通空调新技术

[导读] 本文对地源热泵系统进行了简要的介绍,在综合国内外系统应用现状的基础上,对这一技术在国内应用实施的现状和问题进行了分析;尽管地源热泵系统仍存在一定缺陷,但其在节能和环保方面有着明显的优势及国外发展的明显优势,可以断言地源热泵系统在我国将有广泛的应用前景。

        关键词:地源热泵 节能环保 应用

        引言

        地源热泵(GSHP)是以大地为热源对建筑物进行空气调节的节能新技术[1]。应用地源热泵系统可夏季供冷、冬季供暖。由于地源热泵可显著降低运行费用[2],已受到越来越广泛的关注,被认为是最有前途的空调系统之一。

        地源热泵工作原理

        地源热泵[7]利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水,土壤或地表水等),通过输入少量的高品位能源(如电能),即可实现热量从低温热源向高温热源的传递,地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。在冬季,把地能中的能量“取”出来,提高温度后,供给室内的热用户;在夏季,把室内的热量“取”出来,释放到地层当中去。

        地源热泵系统的分类及特点

        3.1 土壤源(GCHP)热泵(又称:大地耦合式热泵 GCHP:Ground-Coupled Heat Pump)

        3.1.1土壤源特性

        土壤的温度分布与土壤中的热量得失密切相关。土壤中可获得的热量来源有:太阳辐射、地球内部产生的热、土壤中生物过程释放的热、化学过程产生的热。其中太阳辐射是表层土壤热能的主要来源。土壤获得太阳辐射能后,又以多种方式向外输出,其中对流、地表辐射、地面蒸发、生物蒸腾作用消耗的热能以及向地层深处传导的热量。3.1.2 土壤源热泵的系统[9]形式及分类

        土壤源热泵根据其蒸发器端与大地换热的形式不同,可分为通过热泵工质―水换热器的间接式系统,和采用热泵工质在埋于地下的盘管中直接膨胀的直接式系统。

        在间接式系统中,载冷剂或盐水溶液被用来在热源和蒸发器间传递热量,它与直接蒸发系统相比可以减少制冷剂的充灌量,这在当前是令人感兴趣的,在将来也会变得更为重要;它还增加了热泵系统的灵活性;同时它使现场工程量减至最低并减免了制冷管路的安装。其缺点在于引入带有热交换器的额外流体环路,增加了初投资[3],带来额外的温降。为了把这些不利之处降至最低,重要的是针对运行工况尽可能地优化设计盐水回路,此外用作载冷剂的流体性质也十分重要。直接蒸发系统中将蒸发器盘管直接埋入地下,可以有效地减少投资额,尤其适用于小型家居热泵系统。

        3.2 水源热泵(WSHP:Water Source Heat Pump)

        水源热泵就是利用地球表面浅层水如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转划的装置。

        4.地源热泵系统发展存在问题分析

        我国对地源热泵的研究起步较国外晚,很多研究工作是借鉴国外的技术和成果的基础上进行的,但由于地源热泵系统的运行性能受地域性影响较大,所以在研究和开发地源热泵应注意以下几方面的问题:

        ①土壤的热物性对热泵运行效率起关键性的作用,因此必须了解各种土壤状况下对不同埋地换热器的换热机理。

        ②加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究,以及其在建筑物中的合理布置。

        ③探讨土壤源热泵系统与其他热源系统和辅助设备联合的情况,如土壤源热泵系统和冷却塔的联合使用、土壤源热泵系统和太阳能的联合使用或其他辅助设备的联合使用,来提高系统的运行效率。

        解决措施:

        ①研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料,作为地源热泵设计的参考资料。

        ②开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资;研究专门的钻井、下管、封井设备和技术,并用规范化来缩短施工周期,从而降低施工费用。

        ③选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度,保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差,从而不影响土壤与系统的换热过程。

        ④对已竣工的地源热泵系统[6]进行归纳、总结,有利于形成一套成熟、可靠的地源热泵设计方法。

        ⑤需要政府的政策引导、对设计和施工人员的培训以及提高公众对地源热泵技术的了解程度。

        5.结束语

        节能、环保、可持续发展已经成为世界发展的三大主题。在供热空调领域中,地源热泵技术有效地提高一次能源利用率[7],减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放,是一种可持续发展的“ 绿色技术”,符合世界发展的需要。地源热泵在我国的研究与应用还处于起步阶段,热泵工质的研制和开发还需要进一步深入进行,各地区的地下热源状况、土壤热物性资料还需要进一步搜集和整理,地源热泵的系统性能优化[10]和经济性分析也尚待深化。但地源热泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点,已成为空调供暖工程优先选择的方案之一。

        参考文献:

        [1]张群力,王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J].流体机械,2003,(5).

        [2]姜宝成,王永镖,李炳熙.地源热泵的技术经济评价[J].哈尔滨工业大学学报,2003,(2).

        [3]李新国,赵军,朱强.地源热泵供暖空调的经济性[J].太阳能学报,2001,(4).


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