地下水源熱泵工作原理及特點(diǎn)分析

1、窗體頂端地下水源熱泵工作原理及特點(diǎn)分析 摘要：地下水源熱泵起源于上個(gè)世紀(jì)初期，在發(fā)展至今的數(shù)十年中得到了較為廣泛的應(yīng)用，但因其獨(dú)特性使其發(fā)展速度受到了一定的限制。地下水源熱泵有著清潔環(huán)保，節(jié)約能源的顯著特點(diǎn)，在能源日益受到關(guān)注的今天，相信地下水源熱泵是值得推廣與應(yīng)用的供熱及制冷方式，有著廣闊的發(fā)展空間。本文對(duì)地下水源熱泵發(fā)展及其工作原理做了簡(jiǎn)要的敘述，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了多角度的評(píng)析。關(guān)鍵詞：地下  水源  熱泵  發(fā)展  原理  特點(diǎn)0.前言地下水源熱泵(Ground Water Heat Pumps, GWHP)是地源熱泵(Ground Sou

2、rce Heat Pumps, GSHP)的一個(gè)分支。地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個(gè)專利，歐洲第一臺(tái)熱泵機(jī)組是在1938年間制造的。它以河水低溫?zé)嵩?，向市政廳供熱，輸出的熱水溫度可達(dá)60oC。在冬季采用熱泵作為采暖需要，在夏季也能用來(lái)制冷。第一臺(tái)地下水源熱泵系統(tǒng)1948年在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市的聯(lián)邦大廈投入運(yùn)行。目前，歐洲的熱泵理論與技術(shù)均已高度發(fā)達(dá)，這種“一舉兩得”并且環(huán)保的設(shè)備在法、德、日、美等發(fā)達(dá)國(guó)家業(yè)已廣泛使用。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺(tái)，到目前為止已安裝了400，000臺(tái)，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。19

3、98年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中有新建筑中占30%。美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。我國(guó)地下水源熱泵從1997年開(kāi)始學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，出現(xiàn)了大規(guī)模的地下水源熱泵采暖工程項(xiàng)目。到21世紀(jì)初，全國(guó)大約有過(guò)萬(wàn)套地下水源熱泵供熱或制冷系統(tǒng)。1基本工作原理所謂熱泵，就是一種利用人工技術(shù)將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮芏_(dá)到供熱效果的機(jī)械裝置。熱泵由低溫?zé)嵩矗ㄈ缰車h(huán)境的自然空氣、地下水、河水、海水、污水等）吸熱能，然后轉(zhuǎn)換為較高溫?zé)嵩瘁尫胖了璧目臻g（或

4、其它區(qū)域）內(nèi)。這種裝置即可用作供熱采暖設(shè)備，又可用作制冷降溫設(shè)備，從而達(dá)到一機(jī)兩用的目的。熱泵機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換，是利用其壓縮機(jī)的作用，通過(guò)消耗一定的輔助能量（如電能），在壓縮機(jī)和換熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑的共同作用下，由環(huán)境熱源（如水、空氣）中吸取較低溫?zé)崮?，然后轉(zhuǎn)換為較高溫?zé)崮茚尫胖裂h(huán)介質(zhì)（如水、空氣）中成為高溫?zé)嵩摧敵觥Ｔ诖艘驂嚎s機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)做工而消耗了電能，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使不斷循環(huán)的制冷劑在不同的系統(tǒng)中產(chǎn)生的不同的變化狀態(tài)和不同的效果（即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱），從而達(dá)到了回收低溫?zé)嵩粗迫「邷責(zé)嵩吹淖饔煤湍康?。地下水源熱泵系統(tǒng)的低位熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。熱泵機(jī)組冬季從生產(chǎn)井提供的地下

5、水中吸熱，提高品位后，對(duì)建筑物供暖，把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱和加濕的地方，取熱后的地下水通過(guò)回灌井回到地下。夏季，則生產(chǎn)井與回灌井交換，而將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的，另外還可以起到養(yǎng)井的作用。在冬季，水源熱泵機(jī)組不能完全承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷，需要使用輔助熱源。目前，使用的輔助熱源有多種形式，其中有：電加熱（通常采用蓄熱式）系統(tǒng)；蒸汽或熱水加熱系統(tǒng)；空氣源熱泵系統(tǒng)等。2地下水源熱泵的優(yōu)點(diǎn)2.1 屬于可再生能源利用技術(shù)水源熱泵是具備了利用地球水體所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表

6、土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47的太陽(yáng)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(guò)土壤間接的接受太陽(yáng)輻射能量），而且是一個(gè)巨大的動(dòng)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)散地相對(duì)地均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中地近乎無(wú)限地太陽(yáng)能或地能成為可能。所以說(shuō)，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術(shù)。2.2 便于計(jì)量和收費(fèi)空調(diào)用電負(fù)荷在用戶建筑內(nèi)，因此便于空調(diào)的計(jì)量與收費(fèi)。這對(duì)于用戶合理使用空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗，公平、公正、公開(kāi)地?cái)偱少M(fèi)用對(duì)空調(diào)運(yùn)行管理是非常有利的。2.3 運(yùn)行安全可靠地下水源熱泵機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)是可以基本保證全年按用戶的需要開(kāi)啟空調(diào)

7、系統(tǒng)，特別是春秋空調(diào)過(guò)渡季節(jié)均能運(yùn)行，也就相當(dāng)于四管制空調(diào)系統(tǒng)。一般情況下，地下水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。夏季水體作為空調(diào)的冷源，冬季作為空調(diào)的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問(wèn)題。2.4 高效節(jié)能地下水源熱泵機(jī)組可利用的環(huán)境水體溫度冬季為1222，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為1835，水體溫度比環(huán)境溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，機(jī)組效率提高。據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好地水源熱泵，利用江河湖水等，供

8、熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省3040。2.5應(yīng)用靈活有的建筑物內(nèi)，特別在過(guò)渡季節(jié)，部分區(qū)域需要供冷，部分區(qū)域需要供熱，水源熱泵可以同時(shí)供冷和供熱，可以實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)冷熱量的轉(zhuǎn)移和平衡，從而系統(tǒng)節(jié)約能源。2.6 節(jié)約成本地下水源熱泵系統(tǒng)不需設(shè)冷凍機(jī)房，不設(shè)大的通風(fēng)管道，不設(shè)大的鍋爐房，也沒(méi)有冷凍水系統(tǒng)，安裝和投資費(fèi)用大大減少。2.7 利于環(huán)保地下水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時(shí)，消耗的是一次能源，其所產(chǎn)生的污染物和二氧化碳等氣體會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響。所以節(jié)能實(shí)際上也是減少了污染。3. 地下水源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)地下水源熱泵系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。由于打井的

9、成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統(tǒng)的投資效益比較高。地下水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性還與地下水層的深度有很大關(guān)系。冬季，我國(guó)北方地區(qū)土壤溫度較低，并且以熱負(fù)荷為主，如果采用地下水源熱泵供暖，則機(jī)組和換熱器的初投資比較高，連續(xù)運(yùn)行的效率也較低。夏季運(yùn)行時(shí)，機(jī)組容量過(guò)大，造成浪費(fèi)。我國(guó)政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏了解。不僅因初投資高于其它系統(tǒng)而得不到認(rèn)可和推廣，而且給運(yùn)行管理帶來(lái)了很大的問(wèn)題。運(yùn)行管理是任何一個(gè)HVAC系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于地下水源熱泵這種特殊設(shè)計(jì)更是關(guān)鍵因素。環(huán)境方面的問(wèn)題一旦出現(xiàn)，基本上是無(wú)可挽回的，或挽回的成本將非常巨大。從某種程度上講，造成的危害不亞于大氣污染。

10、4.結(jié)束語(yǔ)隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境能源問(wèn)題已經(jīng)成為倍受關(guān)注的全球性問(wèn)題。因此，必須加快符合中國(guó)國(guó)情及適應(yīng)中國(guó)環(huán)境條件的地下水源熱泵產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)，使之成為一種實(shí)用、可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的空調(diào)系統(tǒng)形式。我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，地下水源熱泵系統(tǒng)必將有廣闊的發(fā)展空間。參考文獻(xiàn)：1 倪龍、封家平、馬最良地下水源熱泵的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展J建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23（2）：26-312 蔣能照空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，l9993 刁乃仁、方肇洪地源熱泵建筑節(jié)能新技術(shù)J建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23（3）：18-234 丁愛(ài)軍、高翔水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中若干技術(shù)問(wèn)題的探討A全國(guó)暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集C，2000：3263295