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地源熱泵
閱讀�3526時間�2017-12-04 14:29:03

  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)實�(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能�(zhuǎn)移的裝置。通常地源熱泵消�1kWh的能�,用戶可以得�4.4kWh以上的熱量或冷量�
  "地源熱泵"的概念,最早在1912 年由瑞士的專家提�,而這項技�(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�(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�,對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義

熱源

  地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海�、城市中水、工�(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的�、熱��

組成部分

  地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分:室外地源換熱系�(tǒng)、地源熱泵主�(jī)系統(tǒng)和室�(nèi)末端系統(tǒng)�

主要特點

 ?�?)地源熱泵技�(shù)屬可再生能源利用技�(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,�(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�、地下水或河�、湖泊中吸收太陽�、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱�。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能�,比人類每年利用能量�500倍還�。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不�。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��
 ?�?)地源熱泵屬�(jīng)�(jì)有效的節(jié)能技�(shù)。其地源熱泵的COP值達(dá)到了4以上,也就是說消�1KWh的能�,用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。[1]
 ?�?)地源熱泵環(huán)境效益顯�。其裝置的運(yùn)行沒有任何污�,可以建造在居民區(qū)�(nèi),沒有燃�,沒有排�,也沒有廢棄�,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用�(yuǎn)距離輸送熱量�
 ?�?)地源熱泵一�(jī)多用,應(yīng)用范圍廣。地源熱泵系�(tǒng)可供�、空�(diào),還可供生活熱水,一�(jī)多用,一套系�(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng);可�(yīng)用于賓館、商�、辦公樓、學(xué)校等建筑,更適合于別墅住宅的采暖�
 ?�?)地源熱泵空�(diào)系統(tǒng)維護(hù)費用�。地源熱泵的�(jī)械運(yùn)動部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安裝在室�(nèi),從而避免了室外的惡劣氣�,機(jī)組緊湊、節(jié)省空�;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�(shù)以后可得到廣泛的�(yīng)��
  然�,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�(huán)�,傳�(tǒng)�(jī)房可提供動力,但施工起來比較�(fù)�,難度高,周期長,采購的材料種類�,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)�(shè)�-----節(jié)能空�(diào)�(jī)房。此�(jī)房系�(tǒng)是將傳統(tǒng)�(jī)房中的所有部件�(jìn)行集成模塊化,實行一體化安裝的模�。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)�(jìn)行無限聯(lián)動等�,由此可以看�,節(jié)能空�(diào)�(jī)房實為一款為暖通行�(yè)提供一整套的解決方��
  總而言�,節(jié)能空�(diào)�(jī)�、水力平衡分配器、多功能水箱與地源熱泵的�(jié)合為整個暖通系�(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�,人工成本也將低了等�。由此可見節(jié)能空�(diào)�(jī)房與地源熱泵的配合是未來暖通行�(yè)必然的發(fā)展趨��
  可再生�
  地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱�,�(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng),地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技�(shù)。地表土壤和水體是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量);它又是一個巨大的動態(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)散相對的平衡,地源熱泵技�(shù)的成功使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為�(xiàn)�。如果實行冬夏連用,地源熱泵的系統(tǒng)將具有更高的�(wěn)定性(土壤越深中間存在的空氣含量越�,受地面溫度影響�?�?,能�?qū)崿F(xiàn)理論上的可再生�

�(yōu)�

  �(huán)境和�(jīng)�(jì)效益顯著
  地源熱泵�(jī)組運(yùn)行時,不消耗水也不污染水,不需要鍋�,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�。地源熱泵機(jī)組的電力消耗,與空氣源熱泵相比也可以減�40%以上;與電供暖相比可以減�70%以上,它的制熱系�(tǒng)比燃?xì)忮仩t的效率平均提高近50%,比�?xì)忮仩t的效率高出了75%�
  一�(jī)多用,應(yīng)用廣�
  地源熱泵系統(tǒng)可供�、空�(diào)制冷,還可提供生活熱�,一�(jī)多用,一套系�(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�(yōu)�。不僅節(jié)省了大量的能�,而且用一套設(shè)備可以同時滿足供�、供�、供生活用水的要�,減少了�(shè)備的初投�,地源熱泵可�(yīng)用于賓館、居住小區(qū)、公�、廠�、商�、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�、空�(diào)�
  維護(hù)費用低并可無人值守
  地源熱泵系統(tǒng)�(yùn)動部件要比常�(guī)系統(tǒng)少,因而減少維�(hù),其系統(tǒng)不是埋在地下就是安裝在室�(nèi),不暴露在風(fēng)雨中,機(jī)組緊湊、節(jié)省空�,也可免遭損�,更加可�,延長壽命。自動控制程度高,可無人值守、遠(yuǎn)程管�,無需雇傭人員看管�
  污染�
  地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相�,相�(dāng)于減�38%以上,與電供暖相�,相�(dāng)于減�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)�(yùn)動部件要比常�(guī)系統(tǒng)�,因而減少維�(hù),系�(tǒng)安裝在室�(nèi),不暴露在風(fēng)雨中,也可免遭損壞,更加可靠,延長壽��
  壽命�
  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�,要比普通空�(diào)�35年使用壽��
  維持生態(tài)�(huán)境平�
  地源熱泵夏天把室�(nèi)的熱量排到地�,冬天把地下的熱量取出來供室�(nèi)使用,相對來�,向�(huán)境排放更少的能量,維持生�(tài)�(huán)境的平衡�
  節(jié)省空�
  沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)�,省去了鍋爐�,冷卻塔占用的寶貴面�,產(chǎn)生附加經(jīng)�(jì)效益,并改善了環(huán)境外部形��
  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�、是一種理想的“綠色空�(diào)”。被�(rèn)為是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供�、供冷系�(tǒng)。該系統(tǒng)無論�(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可�(yīng)�。可廣闊�(yīng)用在辦公�、賓�、學(xué)校、宿�、醫(yī)�、飯�、商�、別墅、住宅等�(lǐng)��

工作原理

  
  在自然界�,水總是由高處流向低�,熱量也總是從高溫傳向低�。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�,熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫�
  所以熱泵實�(zhì)上是一種熱量提升裝�,工作時它本身消耗很少一部分電能,卻能從�(huán)境介�(zhì)(水、空�、土壤等)中提取4-7倍于電能的裝置,提升溫度�(jìn)行利�,這也是熱泵節(jié)能的原因�
  地源熱泵是熱泵的一�,是以大地或水為冷熱源對建筑物�(jìn)行冬暖夏涼的空調(diào)技�(shù),地源熱泵只是在大地和室�(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。利用極小的電力來維持室�(nèi)所需要的溫度�
  在冬��1千瓦的電�,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�,室�(nèi)的熱量被熱泵�(zhuǎn)移到土壤或水�,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)�,將建筑空間和大自然�(lián)成一體。以最小的低價獲取了的生活�(huán)��
  熱泵原理
  熱泵�(jī)組裝置主要有:壓縮機(jī)、冷凝器、蒸�(fā)器和膨脹閥四部分組成,通過讓液�(tài)工質(zhì)(制冷劑或冷媒)不斷完成:蒸�(fā)(吸取環(huán)境中的熱量) →壓縮→冷凝(放出熱量)→節(jié)流→再蒸�(fā)的熱力循�(huán)過程,從而將�(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中� 壓縮�(jī)(Compressor):起著壓縮和輸送循�(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作�,是熱泵(制冷)系統(tǒng)的心�� 蒸發(fā)�(Evaporator):是輸出冷量的設(shè)�,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�(Condenser):是輸出熱量的設(shè)�,從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮�(jī)消耗功所�(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�(Expansion Valve)或節(jié)流閥(Throttle):對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作�,并�(diào)節(jié)�(jìn)入蒸�(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量� 根據(jù)熱力�(xué)第二定律,壓縮機(jī)所消耗的功(電能)起到補(bǔ)償作�,使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫�(huán)境中吸熱,并向高溫環(huán)境放�,周而往�(fù)地�(jìn)行循�(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�(huán)境取熱的對象稱為熱源;相反制冷是需要蒸�(fā)器的冷量,冷凝器則向�(huán)境排�,此時向�(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�(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�(zhì)的不�,可分為:水—水�,水—空氣式,空氣—水�,和空氣—空氣式共四�� 利用空氣作冷熱源的熱�,稱之為空氣源熱�??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�,在我國典型�(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�,普通空氣源熱泵不僅�(yùn)行條件惡�,穩(wěn)定性差,而且因為存在�(jié)霜問�,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�(wěn)定性好,效率高,具有高效除霜功�� 利用水或�?zé)嶙骼錈嵩吹臒岜茫Q之為地源熱泵。水和地?zé)崾且环N�(yōu)良的熱源,其熱容量大,傳熱性能�,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�(huán)系統(tǒng)和混合循�(huán)系統(tǒng)。對于閉式循�(huán)系統(tǒng),大部分地下?lián)Q熱器是封閉循�(huán),所用管道為高密度聚乙烯�。管道可以通過垂直井埋入地�150�200英尺�,或水平埋入地下4�6英尺處,也可以置池塘的底�。在冬天,管中的流體從地下抽取熱�,帶入建筑物�,而在夏天則是將建筑物�(nèi)的熱能通過管道送入地下儲存;¨對于開式循�(huán)系統(tǒng),其管道中的水來自湖�、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�,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��
  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)�(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�,供給室�(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”�
  空氣源  水源  土壤�

�(yīng)用方�

  地源熱泵的應(yīng)用方式從�(yīng)用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類,從輸送冷熱量方式可分為集中系�(tǒng)、分散系�(tǒng)和混合系�(tǒng)�
  家用系統(tǒng)
  用戶使用自己的熱�、地源和水路或風(fēng)管輸送系�(tǒng)�(jìn)行冷熱供�(yīng),多用于小型住宅,別墅等戶式空調(diào)�
  集中系統(tǒng)
  熱泵布置在機(jī)房內(nèi),冷熱量集中通過�(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房��
  分散系統(tǒng)
  用中央水泵,采用水環(huán)路方式將水送到各用戶作為冷熱源,用戶單獨使用自己的熱泵�(jī)組調(diào)節(jié)空氣。一般用于辦公樓、學(xué)�、商用建筑等,此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反應(yīng)在用電上,便于計�,適用于獨立熱計量要求�
  混合系統(tǒng)
  將地源和冷卻塔或加熱鍋爐�(lián)合使用作為冷熱源的系�(tǒng),混合系�(tǒng)與分散系�(tǒng)非常類似,只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷卻塔或鍋��
  制冷原理
  在制冷狀�(tài)�,地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做�,使其�(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器�(nèi)冷媒的蒸�(fā)將室�(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中,在冷媒循�(huán)的同時再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷�,由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸�,最終由水路循環(huán)�(zhuǎn)移至地下水或土壤�。在室內(nèi)熱量不斷�(zhuǎn)移至地下的過程中,通過冷媒-空氣熱交換器,以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房供��
  制熱原理
  在制熱狀�(tài)下,地源熱泵�(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做�,并通過四通閥將冷媒流動方向換�。由地下的水路循�(huán)吸收地下水或土壤里的熱量,通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸�(fā),將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中,在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/空氣熱交換器�(nèi)冷媒的冷�,由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸�。地源熱泵將地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中,以35℃以上熱�(fēng)的形式向室內(nèi)供暖�

�(fā)展前�

  

  
  美國(The United States� 1946�,美國臺地源熱泵系統(tǒng)在俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū)安裝成功�
  1973�,美國阿克拉荷馬大廈安裝了地源熱泵空�(diào)系統(tǒng),并且�(jìn)行全面的系統(tǒng)研究�
  1978�,美國能源部(DOE)開始對地源熱泵投入了大量的科技研發(fā)基金�
  1979年,美國阿克拉荷馬州能源部成立了地源熱泵系統(tǒng)科技研發(fā)基金��
  1987�,國際地源熱泵協(xié)會(IGSHPA)在阿克拉荷馬州大學(xué)成立�
  1988�,美國俄克拉荷馬商務(wù)部開始對地源熱泵�(jìn)行商�(wù)推廣�
  1993�,美國環(huán)保署(EPA)大力宣傳地源熱泵系�(tǒng),加深美國民眾對地源熱泵的認(rèn)��
  1994�,美國政府套地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在俄勒岡州國會大�(xué)安裝,地源熱泵從此在美國政府,軍�,電力公司等得到了大量應(yīng)��
  1998�,美國環(huán)保署(EPA)頒布法�(guī),要求在全國�(lián)邦政府機(jī)�(gòu)的建筑中推廣�(yīng)用地源熱泵系�(tǒng)。美國總�(tǒng)布什在他的得克薪斯州宅邸中也安裝了地源熱泵空�(diào)系統(tǒng)� 全球75%的地源熱泵系�(tǒng)安裝在北美地區(qū)�
  美國:是世界上地源熱泵生�(chǎn)、使用和�(fā)展的頭號大國�
  1985年:美國安裝的地源熱泵為14,000臺;
  1997年:45,000��
  2000年:400,000臺;
  2004年:670,000��
  2005年:1,000,000��
  加拿大:2005年地源熱泵系�(tǒng)新增比例增加�50%�
  瑞士、挪威:是世界上地源熱泵�(yīng)用人均比例的國家,應(yīng)用比例高�(dá)96%�
  奧地利:�(yīng)用比例為45%�
  丹麥:應(yīng)用比例為35%�
  日本:是亞洲地源熱泵技�(shù),使用比例的國家�
  中國(China� 1997�,美國能源部(DOE)和中國科技部簽署了《中美能效與可再生能源合作議定書》,其中主要�(nèi)容之一是“地源熱泵”項目的合作�
  1998�,國�(nèi)重慶建筑大學(xué)、青島建工學(xué)�、湖南大�(xué)、同�(jì)大學(xué)等數(shù)家大�(xué)開始建立了地源熱泵實驗臺,對地源熱泵技�(shù)�(jìn)行研��
  2006��1月,國家建設(shè)部頒布《地源熱泵系�(tǒng)工程技�(shù)�(guī)范國家標(biāo)�(zhǔn)��
  2006年,9�,沈陽被國家建設(shè)部確定為地源熱泵技�(shù)推廣試點城市,到2010年底,實�(xiàn)全市地源熱泵技�(shù)�(yīng)用面積約占供暖總面積�1/3�
  2006��12�,建�(shè)部發(fā)布文件《“十一五”重點推廣技�(shù)�(lǐng)域》。作為新型高�,可再生能源新技�(shù)的水源熱泵技�(shù)被列入目錄�
  地源熱泵是一種利用地球表面淺層水�(地下�、海水、河水和湖水�)或地下土壤熱源的低品位熱�,通過熱泵、制冷循�(huán),制取冷量供夏天空調(diào)使用、制取熱量供冬天取暖使用�
  地源熱泵制熱要比常規(guī)的電制熱或燃�、燃?xì)庵茻�?jīng)�(jì),通常制取相同的熱�,地源熱泵的耗電量只有電熱耗電量的1/4�1/5。因�,地源熱泵市場廣��
  “十二五”期間,中國�(yù)計將完成地源熱泵供暖(制冷)面積3.5億平方米左右,屆時整個地?zé)崮荛_�(fā)利用的市場規(guī)??傆媽⒊^700億元�
  能源局�4部委�(fā)布促�(jìn)�?zé)崮荛_�(fā)利用指導(dǎo)意見�2013�48 �
  �2015年,基本查清全國�?zé)崮苜Y源情況和分布特點,建立國家地?zé)崮苜Y源數(shù)�(jù)和信息服�(wù)體系。全國地?zé)峁┡娣e�(dá)�5 億平方米,地?zé)岚l(fā)電裝�(jī)容量�(dá)�10萬千�,地?zé)崮苣昀昧窟_(dá)�2000萬噸�(biāo)�(zhǔn)�,形成地?zé)崮苜Y源評�、開�(fā)利用技�(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制�、產(chǎn)�(yè)服務(wù)等比較完整的�(chǎn)�(yè)體系�
  �2020�,地?zé)崮荛_�(fā)利用量達(dá)�5000萬噸�(biāo)�(zhǔn)煤,形成完善的地?zé)崮荛_�(fā)利用技�(shù)和產(chǎn)�(yè)體系�

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