地源熱泵空調(diào)方案可行性分析

1、地源熱泵空調(diào)方案可行性分析 中心空調(diào)系統(tǒng)形式介紹:1、傳統(tǒng)的中心空調(diào)有空氣源熱泵風(fēng)冷機(jī)組+關(guān)心電加熱和水冷冷水機(jī)組+鍋爐兩種形式?？諝庠礋岜蔑L(fēng)冷機(jī)組和水冷冷水機(jī)組在制冷時(shí)都是把房間的熱量向室外空氣排放，受室外氣溫因素影響太大，其制冷量隨室外空氣溫度上升而降低，尤其在高溫高濕地區(qū)，機(jī)組制冷性能極不穩(wěn)定，效率低下,有時(shí)甚至不能工作。在制熱時(shí)，空氣源熱泵當(dāng)室外溫度降到零度以下時(shí)需加關(guān)心電加熱裝置，耗電量大，效率很低;而水冷冷水機(jī)組+鍋爐這種空調(diào)形式，在供熱時(shí)需用電鍋爐或燃煤、燃油鍋爐，污染嚴(yán)峻，運(yùn)行費(fèi)用昂貴。2、地源熱泵中心空調(diào):地源熱泵中心空調(diào)分為水源熱泵和土壤熱交換器地源熱泵兩種形式水源熱泵中心

2、空調(diào)水源熱泵概念、原理及歸類、水源熱泵概念水源熱泵技術(shù)是一種利用地球外表或淺層水源如地下水、河流和湖泊， 或者是人工再生水源工業(yè)廢水、地?zé)嵛菜鹊牡蜏氐臀粺崮苜Y源，承受熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，既可供熱又可制冷的高效、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。、水源熱泵原理地球外表淺層水源一般在 1000 米以內(nèi)，像地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸取了太陽(yáng)進(jìn)入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都格外穩(wěn)定。水源熱泵技術(shù)的工作原理就是：在夏季將建筑物中的熱量“取”出來(lái)，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以到達(dá)夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通

3、過(guò)水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能， 送到建筑物中采暖。通常水源熱泵消耗 1kW 的能量，用戶可以得到 4kW 以上的熱量或冷量。、水源熱泵的分類當(dāng)利用的對(duì)象都是水體和地層含水地層的蓄能，而且都是以水作為熱泵機(jī)組的冷熱源，都可以將之歸類為水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵可以分為地下水源熱泵以及地表水源熱泵。地下水熱泵系統(tǒng)，也就是通常所說(shuō)的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。 通過(guò)建筑抽水井群將地下水抽出，通過(guò)二次換熱或直接送至水源熱泵機(jī)組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。地表水熱泵系統(tǒng)。 通過(guò)直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫(kù)水以及海水作為熱泵的冷熱源。土壤熱交換器地源空調(diào)系統(tǒng)

4、。這種空調(diào)系統(tǒng)是把熱交換器埋于地下，通過(guò)水在由高強(qiáng)度塑料管組成的封閉環(huán)路中循環(huán)流淌，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)展冷熱交換的目的。夏季通過(guò)機(jī)組將房間內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對(duì)房間進(jìn)展降溫。同時(shí)儲(chǔ)存熱量，以備冬用。冬季通過(guò)熱泵將土壤中的熱量轉(zhuǎn)移到房間，對(duì)房間進(jìn)展供暖，同時(shí)儲(chǔ)存冷量，以備夏用， 大地土壤供給了一個(gè)很好的免費(fèi)能量存貯源泉，這樣就實(shí)現(xiàn)了能量的季節(jié)轉(zhuǎn)換。垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)水平埋管地源熱泵系統(tǒng)1工作原理：地源熱泵空調(diào)的心臟是一個(gè)“熱泵”制冷、供熱。供暖時(shí)，它吸取地?zé)嵯蛴脩襞欧牛诉^(guò)程只消耗少量電能，如圖 1 所示。制冷時(shí)， 它吸取用戶室內(nèi)的熱量向地下排放，同樣也消耗少量熱能，如圖 2 所示2 機(jī)組運(yùn)

5、行過(guò)程：冬天熱泵中制冷劑正向流淌，壓縮機(jī)排出的高溫高壓R22 氣體進(jìn)入冷凝器向集水器中的水放出熱量，相變?yōu)楦邷馗邏旱囊后w，再經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w進(jìn)入蒸發(fā)器，從地下循環(huán)液中吸取低溫?zé)岷笙嘧優(yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡驼羝筮M(jìn)入壓縮機(jī)吸氣端，由壓縮機(jī)壓縮排出高溫高壓氣體完成一個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù)將地下低溫?zé)崮堋鞍徇\(yùn)”到集水器，從而不斷的向用戶供給 45-50的熱水。如圖 3 所示。夏天熱泵中制冷劑逆向流淌，與用戶換熱的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器從集水器中的低溫水7-12提取熱能，與地下循環(huán)液換熱的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠飨虻叵卵h(huán)液排放熱量，循環(huán)液中熱量再向地下低溫區(qū)排放，如此循環(huán)往復(fù)連續(xù)地向用戶供給 7-1

6、2的冷水。3土壤熱交換器埋管形式：地下埋管換熱器主要有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。選擇哪種形式取決于現(xiàn)場(chǎng)可用地外表積、當(dāng)?shù)貛r土類型以及鉆孔費(fèi)用。盡管水平埋管通常是淺層埋管，可承受人工開挖，初投資比垂直埋管小些， 但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實(shí)際工程應(yīng)用中，一般都承受垂直埋管。見圖 4地源熱泵進(jìn)展概況地源熱泵的概念最早消滅在 1912 年瑞士的一份專利文獻(xiàn)中。20 世紀(jì) 50 年月，歐洲和美國(guó)開頭了爭(zhēng)辯地源熱泵的第一次高潮。但在當(dāng)時(shí)能源價(jià)格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因而未得到推廣。直到上世紀(jì) 70 年月，石油危機(jī)和日益惡化的環(huán)境把人們的留意力集中到節(jié)能、高

7、效益用能和環(huán)境保護(hù)上時(shí)，使地源熱泵的爭(zhēng)辯進(jìn)入了又一次高潮，最近 20 年在歐美等工業(yè)興旺國(guó)家取得了快速的進(jìn)展，已成為一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。在美國(guó)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的 40%，是美國(guó)政府竭力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。為了表示支持這種技術(shù)，美國(guó)總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的別墅中也安裝了這種地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)見 2022 年 5 月 28 日參考消息。到目前為止美國(guó)已安裝了 600，000 臺(tái)，而且打算每年安裝 40 萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo)，能降低溫室氣體排放一百萬(wàn)噸，相當(dāng)于削減 50 萬(wàn)輛汽車的污染排放或種植樹一百萬(wàn)英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用 4、2 億美元。瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用地源熱泵，用于供

8、暖及供給生活熱水。據(jù) 2022 年的統(tǒng)計(jì)， 為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例：瑞士為 96%，奧地利為 38%，丹麥為27%。在我國(guó)由于能源價(jià)格的特別性以及人們節(jié)能、環(huán)保的生疏程度等緣由以及其它一些因素的影響，地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用和進(jìn)展比較緩慢，人們對(duì)之尚不格外了解，推廣較困難，然而隨著人們生活水平的提高，人均能耗的增長(zhǎng)，一次性礦物能源的日益衰竭以及環(huán)境的日趨惡化，地源熱泵技術(shù)已越來(lái)越引起人們的重 視。在目前節(jié)能和環(huán)保的潮流下，該技術(shù)以其特有的節(jié)能性和穩(wěn)定性受到行業(yè)的矚目，國(guó)內(nèi)很多院校、科研所作了大量的應(yīng)用爭(zhēng)辯。國(guó)家建設(shè)部在夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中特地作了推舉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在北京

9、2022 年施工并投入運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)的空調(diào)工程占全年空調(diào)工程總量的 2/3 以上?？梢灶A(yù)見，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的日益提高，地水源熱泵作為一種節(jié)能、環(huán)保的綠色空調(diào)設(shè)備適應(yīng)能源可持續(xù)進(jìn)展戰(zhàn)略要求，在中國(guó)必將有寬闊的應(yīng)用和進(jìn)展前景。地源空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)地水源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比有著無(wú)可比較的優(yōu)勢(shì)。利用可再生能源：屬可再生能源利用技術(shù)地源熱泵從常溫土壤或地表水地下水中吸熱或向其排熱，利用的是可再生的清潔能源，可持續(xù)使用。高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低：屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)地源熱泵的冷熱源溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)

10、行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用 40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更牢靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。在制熱制冷時(shí)， 輸入 1KW 的電量可以得到 5KW 以上的制冷制熱量。運(yùn)行費(fèi)用每年每平方米僅為1518 元，比常規(guī)中心空調(diào)系統(tǒng)低 40%左右。節(jié)水省地：1以土壤(水)為冷熱源，向其放出熱量或吸取熱量，不消耗水資源，不會(huì)對(duì)其造成污染。2省去了鍋爐房及附屬煤場(chǎng)、儲(chǔ)油房、冷卻塔等設(shè)施，機(jī)房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約建筑空間，也有利于建筑的美觀環(huán)境效益顯著該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建筑在居民區(qū)內(nèi)，在供熱時(shí)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放

11、燃料廢物的場(chǎng)地，不會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)，對(duì)環(huán)境格外友好，是抱負(fù)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。運(yùn)行安全穩(wěn)定，牢靠性高：地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無(wú)燃燒設(shè)備，因此不行能產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣，也不存在丙烷氣體，因而也不會(huì)有發(fā)生爆炸的危急，使用安全。燃油、燃?xì)忮仩t供暖，其燃燒產(chǎn)物對(duì)居住環(huán)境污染極重，影響人們的生命安康。由于土壤深處溫度格外恒定，主機(jī)吸熱或放熱不受外界氣候影響，運(yùn)行工況格外穩(wěn)定，優(yōu)于其它空調(diào)設(shè)備。不存在空氣源熱泵供熱缺乏，甚至不能制熱的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐制冷機(jī)系統(tǒng)大大削減， 保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。修理量極少，折舊費(fèi)和修理費(fèi)也都大大地低于傳統(tǒng)空調(diào)。一機(jī)兩用，應(yīng)用范圍廣地源熱泵系統(tǒng)

12、可供暖、制冷，一套系統(tǒng)可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)?？蓱?yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于住宅的采暖、供冷。自動(dòng)運(yùn)行地源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)潔牢靠，維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)把握程度高，可無(wú)人值守；此外，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)， 均在 20 年以上。地源空調(diào)系統(tǒng)的社會(huì)效益在我國(guó)的一些興旺城市，夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的 40-50%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染，對(duì)人們的安康形成了威逼。因此，建筑物污染把握和節(jié)能已是國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的一個(gè)重大問(wèn)題。傳統(tǒng)的采暖空調(diào)模式因其產(chǎn)生的

13、環(huán)境污染正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)于夏季制冷的建筑來(lái)說(shuō)，隨著空氣熱泵空調(diào)的普及， 空調(diào)的實(shí)際使用效果正在逐年下降，這是由于空調(diào)裝機(jī)容量的增加，空調(diào)局部熱島效應(yīng)穿插干擾的結(jié)果。天氣越炎熱，室外的溫度越高，空調(diào)負(fù)荷也越大，而此時(shí)空調(diào)機(jī)向室外散熱時(shí)，傳熱溫差越小，空調(diào)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率就越低，設(shè)備也越費(fèi)電。也就是說(shuō)，除了燃煤供暖給環(huán)境造成污染之外，空調(diào)機(jī)同樣會(huì)造成大氣污染。另一方面，我國(guó)大局部地區(qū)冬冷夏熱，夏天大量地使用風(fēng)冷空調(diào)，造成某些大城市供電緊急，形成電荒，為了確保不會(huì)造成斷電等問(wèn)題消滅，有些城市夏天限制用電量。另外，由于局部地區(qū)沒有暖氣供給，冬天使用電爐取暖，造成電力供給緊急。地源熱泵機(jī)組制冷、供暖所

14、需能量 3/4 左右來(lái)自地能，另外 1/4 左右來(lái)自電力輸入，從而削減一次性的礦物能源消耗；不向室外排冷、熱風(fēng)，削減城市熱島效應(yīng)。對(duì)環(huán)境格外友好。地源熱泵空調(diào)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的工程系統(tǒng)。冬季向建筑物供熱，夏季又可供冷?？蓮V泛應(yīng)用于各類建筑中，如商業(yè)樓宇、公共建筑、住宅公寓、學(xué)校、醫(yī)院等。隨著21 現(xiàn)在，我國(guó)對(duì)建筑節(jié)能的要求越來(lái)越高。削減我國(guó)冬季采溫存夏季供冷所造成的大氣污染，降低供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗、節(jié)約能源是每個(gè)公民應(yīng)盡的義務(wù)。特別是近幾年來(lái)，大中城市為改善大氣環(huán)境，大力推廣使用包括可再生能源的清潔能源。隨著人們生活水平的提高，建筑物不僅要滿足冬季采暖的要求，而且需要夏季

15、空調(diào)降溫，地源熱泵技術(shù)供給了這一問(wèn)題的有效解決方案。地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)約建筑空間，也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統(tǒng)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高約 4060，節(jié)能 50%左右。另外，地源溫度恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更牢靠、穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐制冷機(jī)系統(tǒng)大大削減，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。二、各種中心空調(diào)系統(tǒng)初投資及運(yùn)行費(fèi)用比照以 300m2 的公共 建筑住 宅為例 ,估算

16、制 冷裝機(jī)容 量為 3 萬(wàn)大卡/h,116.3w/m2制熱裝機(jī)容量為 2.4 萬(wàn)大卡/h.表一：投資比較系統(tǒng)名稱風(fēng)冷熱泵水冷機(jī)組+中心熱水機(jī)組地水源熱泵系統(tǒng)土壤熱交換器地源熱泵系統(tǒng)可比投資(萬(wàn)元) 備注7依據(jù)市場(chǎng)一般行情計(jì)算7.3依據(jù)國(guó)產(chǎn)機(jī)組價(jià)格計(jì)算7.6系統(tǒng)主要部件為進(jìn)口或合資9.5系統(tǒng)主要部件為進(jìn)口或合資由表一可以看出,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)初投資高于其它系統(tǒng).造價(jià)高.由于地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,在主機(jī)選型上不用考慮富有,因此主機(jī)的裝機(jī)容量至少要減小 10%左右.表一的投資沒有考慮這一因素表二：運(yùn)行費(fèi)用比較系統(tǒng)形式運(yùn)行費(fèi)用元/m2總費(fèi)用元傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)288400地水源熱泵系統(tǒng)154500土壤熱交換器地源熱泵系統(tǒng)154500從表二可以看出，地源熱泵系統(tǒng)每年可節(jié)約費(fèi)用為 3900 元，和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比較，在 1-6 年時(shí)間內(nèi)可收回增加的投資。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的壽命一般可以到 15 年以上,依據(jù)上述比較,在 15 年內(nèi),運(yùn)行費(fèi)用將節(jié)約 5.85 萬(wàn)元