地源熱泵及其對鍋爐的替代摘要

地源熱泵及其對鍋爐的替代摘要：隨著能源的日趨緊張，地源熱泵的的研究和應(yīng)用會更加引起政府和用戶的關(guān)注。本文就地源熱泵作簡單介紹，并對其在實際應(yīng)用中存在的問題以及對鍋爐替代的可行性進行探討。關(guān)鍵詞：地源熱泵鍋爐替代1引言隨著全球能源的日趨緊張，節(jié)能降耗要求日益緊迫。表1為地球可利用能源數(shù)量及使用年限的列表，可見人類能源節(jié)約是關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。節(jié)能降耗，不能只是停留在政府政府宣傳和倡導上，政策和法規(guī)或許是解決該問題的最好辦法。樓宇系統(tǒng)日常運行能耗中，空調(diào)、取暖系統(tǒng)占有半壁江山。如何減少能源消耗，降低樓宇運營成本，是國家和工程設(shè)計人員的主要工作和任務(wù)之一。目前主要從兩個方面著手解決樓宇節(jié)能降耗的問題：開發(fā)和使用隔熱性能好的新型建筑材料，減少維護結(jié)構(gòu)傳熱，如：隔熱門窗結(jié)構(gòu)，環(huán)保隔熱墻體等，這是我國建設(shè)部極力支持和推廣的建筑節(jié)能方法之一。提高能源綜合利用效率、加強能量回收利用（充分利用廢熱、廢冷，提高機組效率等）技術(shù)的發(fā)展，是節(jié)能降耗的重要突破環(huán)節(jié)。地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵利用地能一年四季溫度穩(wěn)定的特性，冬季把地能作為熱泵供暖的熱源，夏季把地能作為空調(diào)的冷源；即在冬季把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來供給室內(nèi)采暖，夏季把室內(nèi)的熱能取出來釋放到低于環(huán)境溫度的地能中。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW左右的熱量或冷量。在節(jié)能環(huán)保要求日益提高的今天，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)正以其不可替代的優(yōu)勢，越來越受到人們的重視。2地源熱泵的基本原理根據(jù)熱工學理論，熱泵系統(tǒng)能夠?qū)⒌蜏責崃刻嵘粮邷責崃?。圖1為常見的空調(diào)機組系統(tǒng)原理示意圖，制冷主要是利用蒸發(fā)器吸收熱量，熱泵是利用冷凝器散發(fā)熱量，當然，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的同時需外部能量的輸入。蒸發(fā)器從環(huán)境中取熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；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。根據(jù)熱泵（或制冷機）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。我們將具有熱泵功能的制冷系統(tǒng)常常稱為熱泵，以突出其產(chǎn)生可利用熱能的功能。若按照其冷熱源的性質(zhì)來分，國外的文獻通常把它們分為空氣源熱泵（AirSourceHeatPump，ASHP）和地源熱泵（GroundSourceHeatPump，GSHP）兩大類。鐘空氣源熱泵間雞利用空氣作納冷熱源的熱計泵，稱之為傾空氣源熱泵賺。在供熱工滲況下將室外渣空氣作為低旗溫熱源，從蠢室外空氣中筋吸收熱量，串經(jīng)熱泵提高明溫度送入室床內(nèi)供暖?？蘸臍庠礋岜糜袞|著悠久的邪歷史膝，而且其安襯裝和使用都陵很方便，應(yīng)呀用較廣泛。稅空氣源熱泵爸的主要缺點扣是在夏季高隆溫和冬季寒還冷天氣時熱厘泵的效率大騰大降低。而救且，其制熱尾量隨室外空扇氣溫度降低烈而減少，這合與建筑熱負飲荷需求趨勢角正好相反?？送?，在供馳熱工況下空數(shù)氣源熱泵的愿蒸發(fā)器上會貼結(jié)霜，需要袋定期除霜，束這也消耗大鏟量的能量。尿在寒冷地區(qū)錢和高濕度地揉區(qū)熱泵蒸發(fā)馬器的結(jié)霜可床成為較大的蘆技術(shù)障礙。收在夏季高溫拾天氣，由于胞其制冷量隨覺室外空氣溫斯度升高而降豎低，同樣可朱能導致系統(tǒng)岡不能正常工眉作。幟空氣源熱泵艇不適用于寒礎(chǔ)冷地區(qū)，在懲我國典型應(yīng)福用范圍是長徒江以南地區(qū)此。在華北地丑區(qū)，冬季平蔑均氣溫低于您零攝氏度，?？諝庠礋岜脛虿粌H運行條摘件惡劣，穩(wěn)喜定性差，而元且因為存在尾結(jié)霜問題，冤效率低下。導地源熱泵竹利用大地（懶土壤、地表歲水、地下水厘）作為熱源誠的熱泵，稱蠶之為“地源溪熱泵”。由歌于較深的地賤層中在未受子干擾的情況辜下常年保持筋恒定的溫度構(gòu)，遠高于冬俗季的室外溫光度，又低于裙夏季的室外撐溫度，因此賄地源熱泵可那克服空氣源罩熱泵的技術(shù)釘障礙，且效態(tài)率大大提高礎(chǔ)。丑此外，冬季講通過熱泵把鉛大地中的熱找量升高溫度典后對建筑供負熱，同時使針大地中的溫下度降低，即啦蓄存了冷量流，可供夏季仇使用；夏季頁通過熱泵把福建筑物中的困熱量傳輸給陡大地，對建博筑物降溫，籮同時在大地卡中蓄存熱量械以供冬季使映用。這樣在裹地源熱泵系樸統(tǒng)中大地起期到了蓄能器全的作用，進照一步提高了站空調(diào)系統(tǒng)全尾年的能源利跟用效率。但店由于受水文仆地質(zhì)的限制荒，水源熱泵司的應(yīng)用遠不呼及空氣源熱除泵。溫3地源熱撥泵常見形式收地表土壤和唐水體是一個喚巨大的太陽節(jié)能集熱器，橋收集近47柔%的太陽輻容射能量，比間人類每年利共用能量的5徒00倍還狐多。地下的枝水體通過土遇壤間接地接扔受太陽輻射報能量，而且兼是一個巨大播的動態(tài)能量啊平衡系統(tǒng)，批地表的土壤扭和水體腫自然船地保持能量仔接受和發(fā)散額相對的均衡雁，這使得利唯用儲存于其緞中的似乎無群限的太陽能旨（或稱地能午）成為可能射，所以說地情源熱泵是利喘用可再生能重源的一種有便效途徑。尿與鍋爐（電膊、燃料）供案熱系統(tǒng)相比涌，鍋爐供熱辭只能將90博%以上的電比能或70～蠟90%的燃墨料內(nèi)能轉(zhuǎn)化嚼為熱量，供仿用戶使用，陵因此地源熱紙泵要比電鍋難爐加熱節(jié)省研三分之二以暢上的電能，誠比燃料鍋爐肆節(jié)省二分之暗一以上的能壤量；由于地蔑源熱泵的熱竟源溫度全年通較為穩(wěn)定，諷一般為10冬～25鑄℃叛，其制冷、草制熱系數(shù)可釣達3.5～悠4.4，與場傳統(tǒng)的空氣完源熱泵相比助，要高出4遙0%左右，撇其運行費用蠢為普通中央明空調(diào)的50輕～60％。救因此，近十姓幾年來，尤鉛其是近五年堵來，地源熱尼泵空調(diào)系統(tǒng)根在北美如美店國、加拿大糟及中、北歐薪如瑞士、瑞巷典等國家取份得了較快的日發(fā)展，榨中國慧的地源熱泵諷市場也日趨蘆活躍，可以館預(yù)計，該項撫技術(shù)將會成魄為21世紀豐最有效的供掃熱和供冷空惡調(diào)技術(shù)。鍬地源熱泵根唯據(jù)對低溫熱課源的利用方防式的不同，奧可以分為閉滾式系統(tǒng)和開霞式系統(tǒng)兩種窗。逮閉式系統(tǒng)誕指在水側(cè)為括一組閉式循嬸環(huán)的換熱套朽管，該組套芝管一般水平載或垂直埋于恥地下或地表楊水域中，通渾過與土壤或于地表水域水欠換熱來實現(xiàn)屢能量轉(zhuǎn)移（院其中埋于土租壤中的系統(tǒng)替又稱土壤源偵熱泵，埋于摧海水中的系觀統(tǒng)又稱海水腰源熱泵），舟見圖2。慣開式系統(tǒng)慘指從地下抽著水或地表抽孝水后經(jīng)過換切熱器直接排融放的系統(tǒng)（個地下水熱泵龍系統(tǒng)和地表玻水熱泵系統(tǒng)液一般又稱為炮水源熱泵系政統(tǒng)），見圖弊3。氣圖4，圖5攻為一國外品話牌熱泵水系休統(tǒng)流程圖，格分別表示出另地源熱泵夏稻季、冬季運植轉(zhuǎn)時管路切吐?lián)Q情況。打4地源熱備泵系統(tǒng)在應(yīng)容用中存在的鉆問題呀雖然幾年來兆地源熱泵系完統(tǒng)在我國得聲到了發(fā)展，持但是，應(yīng)用蘿這種地源熱攪泵系統(tǒng)也受定到許多限制位。熄使用地下水向的熱泵系統(tǒng)陵（開式系統(tǒng)甚）笑這種系統(tǒng)需嶺要有豐富和脂穩(wěn)定的地下快水資源作為滴先決條件。近因此在決定煩采用地下水賄熱泵系統(tǒng)之翁前，一定要羨做詳細的水檔文地質(zhì)調(diào)查鉗，并先打勘齒測井，以獲散取地下溫度劫、地下水深席度、水質(zhì)和傲出水量等數(shù)輕據(jù)。地下水烘熱泵系統(tǒng)的需經(jīng)濟泛性與地下水直層的深度有滿很大的關(guān)系桂。如果地下要水位較低，面不僅成井的蔥費用增加，棗運行中水泵防的耗電將大烈大降低系統(tǒng)稍的效率。此佳外，雖然理尚論上抽取的碎地下水將回濕灌到地下水錘層，但目前恨國內(nèi)地下水于回灌技術(shù)還弟不成熟，在各很多地質(zhì)條幣件下回灌的會速度大大低廈于抽水的速駝度，從地下響抽出來的水棚經(jīng)過換熱器紙后很難再被道全部回灌到等含水層內(nèi)，莫造成地下水恩資源的流失萌。罪使用地表水珠的熱泵系統(tǒng)?。ㄩ_式系統(tǒng)銷）距地表水熱泵彩系統(tǒng)的熱源它是池塘、湖吉泊或河溪中著的地表水。迷在靠近江河腳湖海等大體負量自然水體評的地方利用推這些自然水忘體作為熱泵很的低溫熱源悉是值得考慮禍的一種空調(diào)亂熱泵的型式鎖。當然，這索種地表水熱田泵系統(tǒng)也受議到自然條件嘩的限制。此第外，由于地洽表水溫度受霉氣候的傘影響送較大，與空蝕氣源熱泵類菠似，當環(huán)境原溫度越低時艘熱泵的供熱燃量越小，而硬且熱泵的性淡能系數(shù)也會彎降低。一定認的地表水體浪能夠承擔的慎冷熱負荷與米其面積、深焦度和溫度等叛多種因數(shù)有考關(guān)，需要根罪據(jù)具體情況南進行洽計算源。這種熱泵抱的換熱對水疏體中生態(tài)環(huán)鳳境的影響有省時也需要預(yù)舍先加以考慮個。擊使用土壤熱快源熱泵（閉綁式系統(tǒng)）臉土壤埋管式遙熱泵系統(tǒng)在識冬季供熱過饒程中，栽熱撥介質(zhì)從地下幫收集熱量，評再通過系統(tǒng)旋把熱量帶到樸室內(nèi)。夏季關(guān)制冷時系統(tǒng)忙逆向運行，邀即從室內(nèi)帶殃走熱量，再繩通過系統(tǒng)將基熱量送到地妙下巖土中。斤因此，土壤軍埋管式熱泵伍系統(tǒng)保持了蠻地下水熱泵蒼利用大地作未為冷熱源的沫優(yōu)點，同時斯又不需要抽行取地下水作感為傳熱的介輩質(zhì)。它是一接種可持續(xù)發(fā)頭展的建筑節(jié)砌能新技術(shù)。凡但這種地源苗熱泵系統(tǒng)對溪土壤換熱器烘的材質(zhì)及地欣質(zhì)結(jié)構(gòu)的要蘇求比較高，挺同時埋設(shè)換廣熱器需要較凈大的場地，族系統(tǒng)投資也三較其它方式撒要高，所以丟這種系統(tǒng)一拖般應(yīng)用于面濃積比較小的葬居住類單體確建筑，在大反型工程中應(yīng)滿用相對困難葬。懂在國外，地麥源熱泵的主恭要研究和應(yīng)旬用對象還是敏土壤源熱泵仗系統(tǒng)，國內(nèi)蔑理論研究和繩實驗研究的造重點也是如蠟此。然而，財土壤源熱泵壞系統(tǒng)遠比地陶下水熱泵系暈統(tǒng)和地表水應(yīng)熱泵系統(tǒng)復花雜，一次投鎖資相對較高業(yè)。筍5地源熱室泵對鍋爐的死替代裝5.1地當源熱泵對鍋蜘爐替代的可妄行性返北方（如北蕩京、天津等由）一些大中鍵型城市政府糧出于減少污出染，保護環(huán)斬境的目的，伏相繼出臺了冠進行燃煤鍋吉爐改造的政塘策。地源熱考泵由于具有王一體解決供升冷、供暖、妥潔凈、環(huán)保孤節(jié)能和運行釣穩(wěn)定可靠的竊優(yōu)點，運行胞費用僅與燃貴煤鍋爐相當貍，遠遠低于趙一般燃氣、嘉燃油鍋爐和饅溴化鋰吸收豐機組，成為回燃煤鍋爐替松代的一個很餃好的選擇，蟻在舊有鍋爐消供暖系統(tǒng)改濃造中受到人味們的青睞。狗表2為幾種圖供熱方式的枝對比。保在舊有鍋爐肝供暖系統(tǒng)改奇造計劃中，社人們非常希柔望新采用的悠地源熱泵機怠組能夠最好病直接取代鍋禮爐，仍利用末暖氣片熱水敘式循環(huán)進行前供暖，這樣社涉及到的采烘暖改造就僅網(wǎng)僅是鍋爐房蠶內(nèi)的改造，寇舊有的室內(nèi)鬧暖氣片供暖閑系統(tǒng)不做絲蝴毫改變，這膚將會大大降煌低改造工程街量和改造費勁用。柏然而這種采嫂用地源熱泵成直接替代鍋告爐在實際工報程行應(yīng)用抽中是有以下必條件限制的宜：蛙舊有的暖氣之系統(tǒng)的供/紡回水溫度一前般是90/求75篇℃編潮這要求替代刻用的高溫熱既泵的出水溫篇度要盡可能慰與其保持一韻致或相近，敗事實上地源拉熱泵的安全兵出水溫度達下不到這一點判，即使采用消高溫冷媒R也134a猾，其安全經(jīng)戒濟的出水溫懂度也僅在5故5汽℃碰～70塵油℃伍之間，因此犧需要加大熱燙水流量來補勢償傳熱溫差色的減小。帆舊有的暖氣螞系統(tǒng)必須是貸相對較新的沾暖氣系統(tǒng)，充結(jié)垢較少才齒能保證傳熱慌效果好。祥舊有的暖氣儀系統(tǒng)必須是礎(chǔ)兩管制系統(tǒng)憂，保證各房遲間供暖一致腥，避免單管個系統(tǒng)尾部暖蘿氣片供水溫換度過低。留加大供水量交是受到一定柔限制的，必守須保證系統(tǒng)撫的水力條件禮在可行的范呢圍內(nèi)，避免紀由于水量過統(tǒng)大造成的系咳統(tǒng)水力失調(diào)等，導致暖氣躁系統(tǒng)噪音和坑振動增大。錘妖只有滿足以虜上條件，采初用高溫水源隱熱泵機組直迫接替代鍋爐記進行操作才串是可行的，丙否則室內(nèi)暖黎氣系統(tǒng)必須纖加以改造，確可以通過加爭大暖氣面積葛、改為雙管食制增大供水路管路實現(xiàn)。嘗當然，也可襪以將暖氣系蹈統(tǒng)改造為中沿央空調(diào)末端題系統(tǒng)，同時師解決夏天供婚冷需要。表5.2熱戲泵機組的供青水溫度問題啊熱泵機組的鑼熱水供水溫歐度由于受到惜制冷劑、潤吩滑油和壓縮引機的工作范府圍（包括排破氣溫度、排快氣壓力、回沙氣溫度和回層氣壓力）的街限制，其溫曲度不可能太島高。摟高溫型的水蒼源熱泵機組灘通常選用R擁134a作崖制冷劑，在曲同樣的飽和狗溫度下，R桐134a比鋼R22有更抗低的飽和壓壺力，這也就澇意味著在壓疫縮機和換熱鏟器中同樣的他設(shè)計壓力，寄可以確保采裝用R134榮a的機組有冷更高的冷凝矮溫度，可以跑向更高溫度稅的熱水里排市放冷凝熱，鵲比起采用R憂22制冷劑呆的熱泵機組忠，出水溫度梅可以得到一脊定的提高，孝但其對應(yīng)的梨冷凝溫度和與蒸發(fā)溫度還異是有限制的孤。完R134a居又名四氟泛乙烷，分子瓜式為C拔2沫H論2辣F屢4猜，分子量幸102.0垮，標準沸點紋-26.2賤℃絞，凝固溫度垂-101.輛1攏℃獨，臨界溫購度101.外1愿℃怒，臨界壓妹力4.06錦MPa，持ODP=0駁，GWP鬧=1300蔽。同樣的冷物凝壓力20嗓bar，R輩134a機億組的冷凝溫內(nèi)度達67.達5扣℃傾，而R2景2機組的冷削凝溫度只有興51.5貓℃禁。然而，R膏134a制椒冷劑單位容殘積制冷量比毛R22約低鄙30%，瞎也就意味著毅同樣的機組洗采用R13找4a，制冷陸劑制冷量要方比采用R2猛2制冷劑的種機組制冷量妹低25～3冠0%，另外殿，采用R1腥34a作制殖冷劑，由于逐R134a嗽與礦物油的喇互溶性比較葛差，需要采怨用聚酯類油輝作潤滑油，蝦才有較好的燈互溶性，這撓種潤滑油就爛是通常所說溜的POE油慕，然而PO倍E有一個顯艷著的特性：句粘性系數(shù)隨礎(chǔ)溫度的升高頃顯著降低，務(wù)例如：Mo直bil辨EAL2閥2在40帆℃耐振時粘性系數(shù)斜可達23c浙St，當溫壘度達到10嗚0句℃朱桑時粘性系數(shù)敗降低到4.綠7cSt，么粘性系數(shù)的蒼降低會導致氣其潤滑性能偉顯著降低，駝也就是說當羞壓縮機的排素氣溫度太高倘時，潤滑油屬的潤滑性能弦變差，不能你保證壓縮機假的充分潤滑查。醬各壓縮機生串產(chǎn)廠家對壓旅縮機的工作唐范圍都有一胸個限定，規(guī)在定壓縮機的邁排氣溫度和殖排氣飽和溫扣度（近似為群冷凝溫度）戒如：蓋Copel易and規(guī)定疲其排氣溫度頂最高上限為島110喊℃網(wǎng)，排氣飽和癢溫度為：渦效旋壓縮機6概0見℃耀，全封活塞自壓縮機為6臉0蠻℃創(chuàng)，半封活塞湖壓縮機為6信0溝℃間，最先進遣的Dicu富s壓縮機也耀為60情℃塘。障Bitze糠r規(guī)定其排妥氣溫度為：汁半封活塞和輝螺桿壓縮機踏的安全排氣慶飽和溫度為命70智℃黃，采用噴液燒冷卻的壓縮冰機安全排氣汪飽和溫度為強75稍℃駱，即使采用鬼機外油冷卻來＋噴液冷卻作的開啟式壓姓縮機的安全停排氣飽和溫鞏度為80采℃印，當然，此滿時經(jīng)濟性效知率已經(jīng)很差驢了。默為Carr普ie和Tr貍ane提供艙壓縮機的C候arlyl碑e的06D傻/E壓縮機善的安全排氣張溫度105派℃彈，安全的譽排氣溫度與即排氣飽和溫它度溫差為3乏0薦℃沫，即安全排脅氣飽和溫度榴只不過75泰℃饑，專業(yè)制造疼專用壓縮機記的Fras派Cold的倒壓縮機在這草方面也沒有牲什么突破。認綜觀以上著壺名壓縮機廠顧家的壓縮機刺，安全經(jīng)濟遠的排氣飽和恢溫度最高也宰就在75療℃粱，就算假定翻系統(tǒng)設(shè)計效道率非常高，艦排氣沒有壓刃力損失（一任般要有1熟℃捕的壓力損失貝），最大的文冷凝器的冷蛾凝壓力也只飲能達到75騎步℃里硬，要保持一稈個經(jīng)濟的冷這凝