试析地源热泵技术在空调节能改造项目中的应用

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 　　摘要:本文主要阐述了地源热泵技术的工作原理以及国内外的地源热泵的发展历程和地源热泵技术在工程中的使用情况，研究分析了地源热泵在节能环保方面的重要意义。重点针对具体实例，对地源热泵技术在实际应用中的经济可行性和技术优势进行了详细分析。地源热泵不仅节水省地、环保洁净、灵活安全、运行可靠，而且5年左右就能够收回改造成本。 

  　　关键词:地源热泵；空调节能  　　中图分类号：TE08文献标识码： A 文章编号：  　　前言：地源热泵技术是一种在经济性上和技术上都具有较大优势的解决供热问题的主要的替代手段，是一种绿色的用能技术。它与锅炉相比，采用地源热泵系统的空调它的供暖成本不到锅炉成本的一半。文章通过以某宾馆的空调供热的节能改造为例，分析了当前应用于建筑空调供热节能方面的地源热泵技术，并且对它的经济性作出了可行性的分析，并且指出了地源热泵技术在节能方面具有很好的应用前景。  　　一、地源热泵技术的工作原理和发展  　　地源热泵技术它是一种采用地球表面浅层的地热能资源进行高效、供热、环保、制冷、节能的系统。地源热泵是采用输入少量的高品位的电能，以此来实现低温热能向高温热能的转移.工作原理见图1。  　　  　　图1地源热泵技术工作原理  　　由于循环水在完全封闭的地下管路中流动.故对地下环境无任何污染。传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。燃煤锅炉是最主要的大气污染源，中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染但排放的CO:仍造成了环境问题.而且运行费用很高。随着不可再生能源的逐渐开采能源危机及可持续发展战略已成为全球性的重要问题。地源热泵技术采用的是洁净的可再生的地热能.是一项以节能和环保为特征的技术。地表浅层好像一个巨大的太阳能集热器.每年收集47伙，的太阳能是人类每年利用能量的500多倍.并且地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定是热泵很好的供热热源和供冷冷源地源热泵系统就是利用地下浅层土壤能量通过地下埋管管内的循环介质与土壤进行闭式热交换达到供冷供热目的夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下对建筑进行降温冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。大地在整个循环中起到了蓄热器的作用.具体  　　工作过程.见图2。  　　  　　  　　注:夏季吸收房间中的热量，储存到土壤中，达到制冷效果。冬季将土壤中的热量“提取”出来，利用能量转换对室内供热。  　　图2地源热泵系统的夏季和冬季  　　2地源热泵在空调节能改造项目中的应用  　　某宾馆冬季供热使用燃煤蒸汽锅炉，对环境污染较为严重，加上设备老旧、能耗大故决定放弃使用原有的燃煤蒸汽锅炉而考虑使用节能环保的地源热泵系统。地源热泵系统冬季可供给空调用热水以及生活用热水夏天将地源热泵机组并联在原有的螺杆冷水机组上.增大原有冷水机组机组总制冷量为入住宾馆的客人提供一个更舒适的环境又可根据夏季负荷的变化改变冷水机组的开启数量，有效地达到节能的目的。本次改造主要涉及宾馆主楼、裙楼两幢主要建筑物的空调系统。主楼地下一层地上九层，建筑物总高度33.75m.总建筑面积 28100m2裙楼地下一层、地上五层，总高度23.80m总建筑面积 18832 m2，。空调冷源由设在裙楼地下室的冷冻机房提供。其内共计3台螺杆式冷水机组.总冷量4176kw.屋顶上设3台冷却塔空调热源由裙楼内锅炉房供给.经过汽一水换热器提供55/50oc热水。  　　21方案设计  　　根据宾馆提供的原空调系统设计资料.主楼、裙楼的计算总冷负荷为3676kw，总热负荷为2601kw。其中冬季热负荷包括空调用热水以及生活热水。使用节能环保的地源热泵系统.冬季供给空调用热水以及生活热水.夏天辅助原有的螺杆冷水机组。考虑在宾馆周围绿地上钻孔埋入土壤换热器。地源热泵系统带热回收系统，不仅可以在夏天得到免费的生活热水，并且增加从土壤中的取热量.有利于土壤的热平衡。因夏季已有3台冷水机组提供足够的冷量，故热泵机组的选型以及埋孔数量根据冬季热负荷来选择。  　　2.2热泵机组配置  　　根据上述的计算负荷结合本工程的实际情况拟选用带热回收系统的克莱门特地源热泵机组2台(HFCR134a环保冷媒)。具体参数见表l。  　　表1热泵机组参数表  　　  　　2.3土壤换热器设计  　　每米井深换热量和换热器承担负荷表2、表3  　　  　　根据以上计算结果，双U型土壤换热器布井数量见表4。  　　表4布井数量  　　  　　拟定埋管方式为:双U型埋管深度120m，间距4m只 4m.设计钻孔数量267个。计算其埋管场地土壤换热器需占地面积约4272m，。  　　2.4太阳能应用  　　为更好地利用能源，可根据当地条件将其它能源与地源热泵有机地结合起来应用。根据青岛地区的太阳能辐射情况，见图2，属于全国太阳能资源分布的第四类地区有一定能源利用价值。  　　  　　可以利用太阳能集热板作为辅助能源白天依靠地源热泵供暖夜间利用太阳能集热板储存的热量由地热和太阳能共同供暖。这种组合形式比单纯使用地源热泵更为经济节能。根据宾馆的热水用水定额及入住率，考虑屋顶布置太阳能集热板的有效面积.布置 200m2的太阳能集热板。  　　3地源热泵在空调节能改造应用中的技术优势和经济可行性分析  　　3.1技术优势  　　根据宾馆原空调系统情况.本项目结合当今世界先进的再生能源技术采用了地源热泵系统+热回收系统+太阳能集热板的组合方案，充分利用项目所在地区的自然环境中所蕴含的空调能源.以先进的技术方案实现本项目节能改造目标。分析本项目技术方案，具有以下技术优势:  　　(1)环保洁净。无燃烧少排放运用地热资源提高能效比.无冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌”对人体损害。  　　(2)节水省地。以土壤为源体吸收或放出能量，既不消耗水资源也不会造成污染:省去了锅炉房、冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。  　　(3)节能经济。能源利润率为传统方式的3―4倍.投入 1kw的电能可得到4―5kw的制冷或供热的能量。运行费用可节省1/2―1/3。减少电增容30%，可节约增电成本。(引灵活安全。真正做到“一机两用”。利用地源热泵冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷.提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方.节约空间系统末端亦可作多种选择:无储煤、储油罐等生活及安全隐患。自动化程度高:无需专业人员操控。(引运行可靠。机组的运行工况稳定。由于散热、取热均依靠深层土壤不受环境温度变化的影响故即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减.更无结霜除霜之虑。  　　3.2经济可行性分析  　　(l)投资估算。根据方案估算.见表5。其中机房部分报价包括阀门配件、管道及人工安装费用.不包括电气部分。水泵选配根据主机而定。实际报价需要根据设计图纸和方案重新计算。  　　表5投资估算  　　  　　(2)费用分析比较。根据节能改造前后空调运行的不同情况.比较(冷水机组十地源热泵系统)与(冷水机组十燃气锅炉系统)不同情况下的运行费用.其中，中央空调系统按夏季运行120d，冬季运行 90d.每天运行24h;电价按0.8元/kwh，燃气按3.8元/m，计算同时使用系数按0.7计算。  　　(3)减排t分析。对系统改造的目标不能仅仅停留在节能省电上.同时也要考虑到对环境的污染物排放量。在实质上地源热泵对大气环境并非零排放.地源热泵系统对大气的排放量来源于其所耗电能在火电厂发电时所排放的污染物.故严谨的减排t计算=燃煤锅炉排放l―地源热泵耗电量的等值发电厂排放量。每年减排量为二氧化碳19科t  　　4结语  　　随着人们环保意识和节能意识的不断增强，在空调领域寻找清洁可再生能源正日益成为研究热点。地源热泵作为新型可再生能源.很好地满足了节能的需求.具有供能稳定可靠、不受燃料短缺和价格波动影响等特殊优势.并且具有非常明显的清洁环保性能减排效果显著。经过多年的实践，地源热泵在空调领域应用的技术可靠性、经济节能与环保性能已经在诸多工程中得到了验证，具有广阔的发展前景。  　　参考文献：  　　[1] 赵军,张春雷,王健,陈涛,李新国,宋德坤.地源热泵在实际工程中的应用与研究[J]. 天津建设科技. 2003(05)  　　[2] 张群力,王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J]. 流体机械. 2003(05)  　　[3] 曲云霞,方肇洪,张林华,李安桂.太阳能辅助供暖的地源热泵经济性分析[J]. 可再生能源. 2003(01)  　　[4] 杨大明.21世纪的绿色空洞技术――地源热泵[J]. 内蒙古科技与经济. 2002(09)  　　[5] 颜爱斌.地源热泵应用的技术分析与思考[J]. 天津城市建设学院学报. 2002(02)  　　[6] 李?,仇中柱,于立强.U型垂直埋管式土壤源热泵埋管周围温度场的理论研究[J]. 暖通空调. 2002(01)    botxt