地源熱泵是陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源(如電能等)實現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置。通常地源熱泵消耗1kwh的能量,用戶可以得到4kwh以上的熱量或冷量。
地源熱泵是以巖土體、地層土壤、地下水或地表水為低溫?zé)嵩矗伤卦礋岜脵C(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱中央空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同,地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。
"地源熱泵"的概念,最早在1912 年由瑞士的專家提出,而這項技術(shù)的提出始于英、美兩國。北歐國家主要偏重于冬季采暖,而美國則注重冬夏聯(lián)供。由于美國的氣候條件與中國很相似,因此研究美國的地源熱泵應(yīng)用情況,對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義
(1)地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深)作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。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。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
(2)地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。其地源熱泵的COP值達(dá)到了4以上,也就是說消耗1KWh的能量,用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。 [1]
(3)地源熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運行沒有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。
(4)地源熱泵一機(jī)多用,應(yīng)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(jī)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);可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,更適合于別墅住宅的采暖。
(5)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費用低。地源熱泵的機(jī)械運動部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi),從而避免了室外的惡劣氣候,機(jī)組緊湊、節(jié)省空間;自動控制程度高,可無人值守。
由以上的特點可以看出,地源熱泵技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。
然而,地源熱泵要實現(xiàn)制冷制熱,則需要給它提供動力來輸送制冷制熱管道中的循環(huán)水,傳統(tǒng)機(jī)房可提供動力,但施工起來比較復(fù)雜,難度高,周期長,采購的材料種類多,需庫存,漏水隱患大等等問題,針對這些問題,市場上開發(fā)了一款新型的動力輸配系統(tǒng)設(shè)備-----節(jié)能空調(diào)機(jī)房。此機(jī)房系統(tǒng)是將傳統(tǒng)機(jī)房中的所有部件進(jìn)行集成模塊化,實行一體化安裝的模式。不僅在施工難度上大大降低了,而且無需庫存,漏水隱患大大降低了,還能與主機(jī)進(jìn)行無限聯(lián)動等等,由此可以看出,節(jié)能空調(diào)機(jī)房實為一款為暖通行業(yè)提供一整套的解決方案。
總而言之,節(jié)能空調(diào)機(jī)房、水力平衡分配器、多功能水箱與地源熱泵的結(jié)合為整個暖通系統(tǒng)增加亮點,同時在安裝上便捷了很多。施工時間、采購周期都大大縮短了,人工成本也將低了等等。由此可見節(jié)能空調(diào)機(jī)房與地源熱泵的配合是未來暖通行業(yè)必然的發(fā)展趨勢。
環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著
地源熱泵機(jī)組運行時,不消耗水也不污染水,不需要鍋爐,不需要冷卻塔,也不需要堆放燃料廢物的場地,環(huán)保效益顯著。地源熱泵機(jī)組的電力消耗,與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上;與電供暖相比可以減少70%以上,它的制熱系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t的效率平均提高近50%,比燃?xì)忮仩t的效率高出了75%。
一機(jī)多用,應(yīng)用廣泛
地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)制冷,還可提供生活熱水,一機(jī)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),特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量的能量,而且用一套設(shè)備可以同時滿足供熱、供冷、供生活用水的要求,減少了設(shè)備的初投資,地源熱泵可應(yīng)用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。
維護(hù)費用低并可無人值守
地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少,因而減少維護(hù),其系統(tǒng)不是埋在地下就是安裝在室內(nèi),不暴露在風(fēng)雨中,機(jī)組緊湊、節(jié)省空間,也可免遭損壞,更加可靠,延長壽命。自動控制程度高,可無人值守、遠(yuǎn)程管理,無需雇傭人員看管。
地源熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
地源熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
污染小
地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當(dāng)于減少38%以上,與電供暖相比,相當(dāng)于減少70%以上,真正的實現(xiàn)了節(jié)能減排節(jié)能減排是減少能源浪費和降低廢氣排放更多。
維護(hù)簡單
地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少,因而減少維護(hù),系統(tǒng)安裝在室內(nèi),不暴露在風(fēng)雨中,也可免遭損壞,更加可靠,延長壽命。
壽命長
地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管,壽命可達(dá)50年,要比普通空調(diào)高35年使用壽命。
維持生態(tài)環(huán)境平衡
地源熱泵夏天把室內(nèi)的熱量排到地下,冬天把地下的熱量取出來供室內(nèi)使用,相對來說,向環(huán)境排放更少的能量,維持生態(tài)環(huán)境的平衡。
節(jié)省空間
沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)備,省去了鍋爐房,冷卻塔占用的寶貴面積,產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益,并改善了環(huán)境外部形象。
地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于自然能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”。被認(rèn)為是可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用??蓮V闊應(yīng)用在辦公樓、賓館、學(xué)校、宿舍、醫(yī)院、飯店、商場、別墅、住宅等領(lǐng)域。
工作原理
在自然界中,水總是由高處流向低處,熱量也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處,實現(xiàn)水由低處向高處流動,熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。
所以熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置,工作時它本身消耗很少一部分電能,卻能從環(huán)境介質(zhì)(水、空氣、土壤等)中提取4-7倍于電能的裝置,提升溫度進(jìn)行利用,這也是熱泵節(jié)能的原因。
地源熱泵是熱泵的一種,是以大地或水為冷熱源對建筑物進(jìn)行冬暖夏涼的空調(diào)技術(shù),地源熱泵只是在大地和室內(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。利用極小的電力來維持室內(nèi)所需要的溫度。
在冬天,1千瓦的電力,將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內(nèi)。在夏天,過程相反,室內(nèi)的熱量被熱泵轉(zhuǎn)移到土壤或水中,使室內(nèi)得到?jīng)鏊目諝?。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復(fù)始,將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以最小的低價獲取了最舒適的生活環(huán)境。
熱泵原理
熱泵機(jī)組裝置主要有:壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成,通過讓液態(tài)工質(zhì)(制冷劑或冷媒)不斷完成:蒸發(fā)(吸取環(huán)境中的熱量) →壓縮→冷凝(放出熱量)→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程,從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。 壓縮機(jī)(Compressor):起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用,是熱泵(制冷)系統(tǒng)的心臟; 蒸發(fā)器(Evaporator):是輸出冷量的設(shè)備,它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā),以吸收被冷卻物體的熱量,達(dá)到制冷的目的; 冷凝器(Condenser):是輸出熱量的設(shè)備,從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走,達(dá)到制熱的目的; 膨脹閥(Expansion Valve)或節(jié)流閥(Throttle):對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用,并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律,壓縮機(jī)所消耗的功(電能)起到補(bǔ)償作用,使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱,并向高溫環(huán)境放熱,周而往復(fù)地進(jìn)行循環(huán)。
熱泵分類
熱泵是需要冷凝器的熱量,蒸發(fā)器則從環(huán)境中吸熱,此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源;相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量,冷凝器則向環(huán)境排熱,此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。
蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同,主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。 熱泵根據(jù)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同,可分為:水—水式,水—空氣式,空氣—水式,和空氣—空氣式共四類。 利用空氣作冷熱源的熱泵,稱之為空氣源熱泵??諝庠礋岜糜兄凭玫臍v史,而且其安裝和使用都很方便,應(yīng)用較廣泛。但由于地區(qū)空氣溫度的差別,在我國典型應(yīng)用范圍是長江以南地區(qū)。在華北地區(qū),冬季平均氣溫低于零攝氏度,普通空氣源熱泵不僅運行條件惡劣,穩(wěn)定性差,而且因為存在結(jié)霜問題,效率低下、新出了一
款超低溫空氣源熱泵專門針對華北地區(qū)的,超低溫空氣源熱泵穩(wěn)定性好,效率高,具有高效除霜功能。 利用水或地?zé)嶙骼錈嵩吹臒岜茫Q之為地源熱泵。水和地?zé)崾且环N優(yōu)良的熱源,其熱容量大,傳熱性能好,一般地源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵,但地源熱泵的應(yīng)用常受到水源或地?zé)岬南拗啤?br/>
地源熱泵系統(tǒng)按其循環(huán)形式可分為:閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)和混合循環(huán)系統(tǒng)。對于閉式循環(huán)系統(tǒng),大部分地下?lián)Q熱器是封閉循環(huán),所用管道為高密度聚乙烯管。管道可以通過垂直井埋入地下150-200英尺深,或水平埋入地下4-6英尺處,也可以置池塘的底部。在冬天,管中的流體從地下抽取熱量,帶入建筑物中,而在夏天則是將建筑物內(nèi)的熱能通過管道送入地下儲存;¨對于開式循環(huán)系統(tǒng),其管道中的水來自湖泊、河流或者豎井之中的水源,在以與閉式循環(huán)相同的方式與建筑物交換熱量之后,水流回到原來的地方或者排放到其它的合適地點;對于混合循環(huán)系統(tǒng),地下?lián)Q熱器一般按熱負(fù)荷來計算,夏天所需的額外的冷負(fù)荷由常規(guī)的冷卻塔來提供。
工作原理
地源熱泵則是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源,冬季把地能中的熱量“取”出來,供給室內(nèi)采暖,此時地能為“熱源”;夏季把室內(nèi)熱量取出來,釋放到地下水、土壤或地表水中,此時地能為“冷源”。