地源热泵设计-热能与动力专业本科毕业设计

本科毕业设计说明书 本科毕业论文 题目 地源热泵 院 部 热能工程学院 专业 热能与动力工程 姓名 丁斌宗 学号 2011031393 指导教师 姜庆娜 目目 录录 摘摘要要 引引言言 1 1地源热泵简介地源热泵简介 2 2地源热泵的由来地源热泵的由来 3 3地源热泵工作原理地源热泵工作原理 4地源热泵地源热泵冷热源冷热源 5 5地源热泵形式地源热泵形式 6 6可再生性可再生性 7 7高效节能高效节能 8 8地源热泵优缺点地源热泵优缺点 9 9热泵发展历史及原理热泵发展历史及原理 1010 热泵分类及热泵技术的先进性热泵分类及热泵技术的先进性 1111 地源热泵组成地源热泵组成 1212 地源热泵发展地源热泵发展 1313 系统类型系统类型 1414 地源热泵应用方式地源热泵应用方式 1515 地源热泵空调地源热泵空调 1616 地源热泵空调的特点地源热泵空调的特点 1717 社会效益社会效益 1818 采集能源方式采集能源方式 1919 全球领先的热泵技术全球领先的热泵技术 2020 地源热泵技术瓶颈地源热泵技术瓶颈 2121 项目的可持续性项目的可持续性 2222 地源热泵在中国的发展前景地源热泵在中国的发展前景 参 考 文 献 摘要 地源热泵是一种利用浅层地热资源 也称地能 包括地下水 土壤或地表水等 的既可供热又可制冷的高效节能空调设备 地源热泵 通过输入少量的高品位能源 如电能 实现由低温位热能向高温位热 能转移 地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源 即在 冬季 把地能中的热量取出来 提高温度后 供给室内采暖 夏季 把 室内的热量取出来 释放到地能中去 通常地源热泵消耗 1kWh 的能量 用户可以得到 4kWh 以上的热量或冷量 关键词 地源热泵地热资源新能源 引言 地源一词是从英文 groundsource 翻译而来 汉语的内涵则十 分广泛 应包括所有地下资源的含义 但在空调业内 目前仅指地壳表 层 小于 400 米 范围内的低温热资源 它的热源主要来自太阳能 极 少能量来自地球内部的地热能 地源热泵是利用地球表面浅层水源 如地 下水 河流和湖泊 和土壤源中吸收的太阳能和地热能 并采用热泵原理 既可供热又可制冷的高效节能空调系统 1 1地源热泵简介 地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术 是热 泵的一种 热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设 备 地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方 通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的 地源热泵还利用了地下 土壤巨大的蓄热蓄冷能力 冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物 内 夏季再把地下的冷量转移到建筑物内 一个年度形成一个冷热循 环 2 2地源热泵的由来 地源热泵 的概念 最早于 1912 年由瑞士的专家提出 而该技术的 提出始于英 美两国 1946 年美国在俄勒冈州的波兰特市中心区建成第一个地源热泵系 统 但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意 无论 是在技术 理论上都没有太大的发展 20 世纪 50 年代 欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮 但由于 当时的能源价格低 这种系统并不经济 因而未得到推广 直到 20 世纪 70 年代初世界上出现了第一次能源危机 它才开始受到重视 许多公司 开始了地源热泵的研究 生产和安装 这一时期 欧洲建立了很多水平 埋管式土壤源热泵 主要用于冬季供暖 虽然欧洲是世界上发展地源热 泵最成熟的地区 但是它也曾因为热泵专家不懂安装技术 安装工人又 不懂热泵原理等因素 致使地源热泵的发展走了一段弯路 随着科技的进步 关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格 地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮 欧洲国家以瑞士 瑞典和奥地 利等国家为代表 大力推广地源热泵供暖和制冷技术 政府采取了相应 的补贴政策和保护政策 使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大 上世 纪 80 年代后期 地源热泵技术已经趋于成熟 更多的科学家致力于地下 系统的研究 努力提高热吸收和热传导效率 同时越来越重视环境的影 响问题 地源热泵生产呈现逐年上升趋势 瑞士和瑞典的年递增率超过 10 美国的地源热泵生产和推广速度很快 技术产生了飞速的发展 成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国 从地源热泵应用情况来看 北欧国家主要偏重于冬季采暖 而美国 则注重冬夏联供 由于美国的气候条件与中国很相似 因此研究美国的 地源热泵应用情况 对我国地源热泵的发展有着借鉴意义 3 3地源热泵工作原理 在自然界中 水总是由高处流向低处 热量也总是从高温传向低温 人 们可以用水泵把水从低处抽到高处 实现水由低处向高处流动 热泵同 样可以把热量从低温传递到高温 地源热泵系统原理 所以热泵实质上是一种热量提升装置 工作时它本身消耗很少一部分电 能 却能从环境介质 水 空气 土壤等 中提取 4 7 倍于电能的装置 提升温度进行利用 这也是热泵节能的原因 地源热泵是热泵的一种 是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖 夏凉的空调技术 地源热泵只是在大地和室内之间 转移 能量 利用 极小的电力来维持室内所需要的温度 在冬天 1 千瓦的电力 将土壤或水源中 4 5 千瓦的热量送入 室内 在夏天 过程相反 室内的热量被热泵转移到土壤或水中 使室内得到凉爽的空气 而地下获得的能量将在冬季得到利用 如 此周而复始 将建筑空间和大自然联成一体 以最小的低价获取了 最舒适的生活环境 制冷模式 在制冷状态下 地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功 使其进 行汽 液转化的循环 通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所 携带的热量吸收至冷媒中 在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的 冷凝 由水路循环将冷媒所携带的热量吸收 最终由水路循环转移 至地水 地下水或土壤里 在室内热量不断转移至地下的过程中 通过风机盘管 以 13 以下的冷风的形式为房间供冷 制热模式 在供暖状态下 压缩机对冷媒做功 并通过换向阀将冷媒流动方 向换向 由地下的水路循环吸收地表水 地下水或土壤里的热量 通过冷凝器内冷媒的蒸发 将水路循环中的热量吸收至冷媒中 在 冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝 由风机盘管循环将冷 媒所携带的热量吸收 在地下的热量不断转移至室内的过程中 以 35 以上热风的形式向室内供暖 4 4地源热泵冷热源地源热泵冷热源 目前 地源热泵已成功利用地下水 江河湖水 水库水 海水 城市中水 工业尾水 坑道水等各类水资源以及土壤源作为水源热 泵的冷热源 5 5地源热泵形式地源热泵形式 地源热泵有开式和闭式两种 开式系统开式系统 是直接利用水源进行热量传递的热泵系统 该系统需配备防砂堵 防结垢 水质净化等装置 通过从地下水中吸收或放出热量 以达到建 筑物中采暖或制冷的目的 这种方案最大的优势是 地下水温度恒定 一般为 10 16 可以降低初投资 同时降低运行费用 开式循环系统 通常应用于沿海地区 该地区的土壤允许通过回灌井将水重新回灌到土 壤中的含水层 闭式系统 闭式系统 是在深埋于地下的封闭塑料管内 注入防冻液 通过换热器与水或 土壤交换能量的封闭系统 闭式系统不受地下水位 水质等因素影响 利用江河湖海等地表水资源 通过敷设水中的换热装置进行热量交换 通过在建筑物附近的湖水或其他水体中安装闭式换热装置 为建筑物提 供或放出热量 换热装置既要美观 而且要排水方便 湖的大小和深度 是尤为关键的 需要通过精密计算 以确定湖水能满足建筑物的制冷和 制热需求 1 垂直埋管 深层土壤 垂直埋管可获取地下深层土壤的热量 垂直埋管通常安装在地 下 50 150 米深处 一组或多组管与热泵机组相连 封闭的塑料管内的防 冻液将热能传送给热泵 然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水 垂直埋管是地源热泵系统的主要方式 得到各个国家的政府部门大力支 持 2 水平埋管 大地表层 在地下 2 米深处水平放置塑料管 塑料管内注满防冻的液体 并与 热泵相连 水平埋管占地面积大 土方开挖量大 而且地下换热器受地 表气候变化的影响 3 地表水 江 河 湖 海的水以及深井水统称地表水 地源热泵可以从地 表水中提取热量或冷量 达到制热或制冷的目的 利用地表水的热泵系 统造价低 运行效率高 但受地理位置 如江河湖海 和国家政策 如 取深井水 的限制 6 6可再生性可再生性 地源热泵是一种利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源 进行能 量转换的供暖制冷空调系统 地源热泵利用的是清洁的可再生资源的一 种技术 地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器 收集了 47 的太 阳辐射能量 比人类每年利用的 500 倍还多 地下的水体是通过土壤间 接的接受太阳辐射能量 它又是一个巨大的动态能量平衡系统 地表 的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡 地源热泵系统的 成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实 7 7 高效节能高效节能 地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为 12 22 温度比环境空气 温度高 热泵循环的蒸发温度提高 能效比也提高 土壤或水体温度夏 季为 18 32 温度比环境空气温度低 制冷系统冷凝温度降低 使得 冷却效果好于风冷式和冷却塔式 机组效率大大提高 可以节约 30 40 的供热制冷空调的运行费用 1KW 的电能可以得到 4KW 以上的热量或 5KW 以上冷量 与锅炉 电 燃料 供热系统相比 锅炉供热只能将 90 以上的电能 或 70 90 的燃料内能为热量 供用户使用 因此地源热泵要比电锅炉 加热节省三分之二以上的电能 比燃料锅炉节省约二分之一的能量 由 于地源热泵的热源温度全年较为稳定 一般为 10 25 其制冷 制热 系数可达 3 5 4 4 与传统的空气源热泵相比 要高出 40 左右 其运 行费用为普通中央空调的 50 60 因此 近十几年来 尤其是近五年 来 地源热泵空调系统在北美如美国 加拿大及中 北欧如瑞士 瑞典 等国家取得了较快的发展 中国的地源热泵市场也日趋活跃 可以预计 该项技术将会成为 21 世纪最有效的供热和供冷空调技术 表一 表一 地源热泵与其它加热方式相比的能源消耗情况比较 地源热泵与其它加热方式相比的能源消耗情况比较 表一 比较后可得出地源热泵是所有加热方式中最节约能源的 表二 地源热泵空调系统与传统的表二 地源热泵空调系统与传统的中央空调系统中央空调系统各方面的特点相比 各方面的特点相比 表二 地源热泵空调系统在各方面都比传统空调系统表现优秀 表三 表三 300300 平米别墅 供暖季供暖和生活热水运行费用与其它供暖方式平米别墅 供暖季供暖和生活热水运行费用与其它供暖方式 相比 相比 注 表三研究对象为北京的一套高档别墅 面积为 300 平米 采用 1 台 DL A120 机组 由达隆公司设计并完成施工安装 各种价格参数取 自市政府相关部门发布的 2004 年度北京能源利用报告 以及 2006 年度北京能源利用报告 2 个年度的能源价格变动较大 本表按用户 每天运行 15 小时 一个采暖季计算 表三 8 8地源热泵优缺点地源热泵优缺点 环境和经济效益显著环境和经济效益显著 地源热泵 地源热泵机组运行时 不消耗水也不污染水 不需要锅炉 不需要冷却 塔 也不需要堆放燃料废物的场地 环保效益显著 地源热泵机组的电 力消耗 与空气源热泵相比也可以减少 40 以上 与电供暖相比可以减 少 70 以上 它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近 50 比燃气 锅炉的效率高出了 75 一机多用 应用广泛一机多用 应用广泛 地源热泵系统可供暖 空调制冷 还可提供生活热水 一机多用 一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统 特别是对于同 时有供热和供冷要求的建筑物 地源热泵有着明显的优点 不仅节省了 大量的能量 而且用一套设备可以同时满足供热 供冷 供生活用水的 要求 减少了设备的初投资 地源热泵可应用于宾馆 居住小区 公寓 厂房 商场 办公楼 学校等建筑 小型的地源热泵更适合于别墅住宅 的采暖 空调 自动运行自动运行 地源热泵机组由于工况稳定 可以设计成简单的系统 部件较少 机组运行可靠 维护费用用低 自动控制程度高 使用寿命长 无环境污染无环境污染 地源热泵的污染物排放 与空气源热泵相比 相当于减少 40 以上 与电供暖相比 相当于减少 70 以上 真正的实现了节能减排是减少能 源浪费和降低废气排放更多 维护费用低维护费用低 地源热泵系统运动部件要比常规系统少 因而减少维护 系统安装 在室内 不暴露在风雨中 也可免遭损坏 更加可靠 延长寿命 使用寿命长使用寿命长 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管 寿命可达 50 年 要比普通空调高 35 年使用寿命 维持生态环境平衡维持生态环境平衡 地源热泵夏天把室内的热量排到地下 冬天把地下的热量取出来供 室内使用 相对来说 向环境排放更少的能量 维持生态环境的平衡 节省空间节省空间 没有冷却塔 锅炉房和其它设备 省去了锅炉房 冷却塔占用的宝 贵面积 产生附加经济效益 并改善了环境外部形象 健康舒适 健康舒适 地源热泵系统 不用冷却塔 从根本上杜绝了军团菌的滋生 保障 了人们的身心健康 安全实用 安全实用 地源热泵系统无易燃易爆隐患 系统自动化程度高 能实现温度 压力 流量 关键部位的多参数自动调节 且安装性能良好 性能可靠 性能可靠 主机及系统匹配科学 合理 并选用世界名牌产品 高强度 高密 度的聚氯乙烯管材均为进口原料生产 地耦运用新型的 PE 管 安全无 毒 无腐蚀 柔韧性好 断裂伸长率高 采用热熔和电熔系统密封性能 好 不泄漏 提供了安全运行的可靠性 灵活控制 便于运行管理 灵活控制 便于运行管理 自动化程度高 无需专业人员值守 操控 根据需要灵活控制 开 关由己 冷暖自知 可以实现机组独立计费 分户分房间控制 方便业 主对整个系统的管理 整体美观 节省占地面积 整体美观 节省占地面积 地源热省去了冷却塔 锅炉及与之配套的煤棚和渣场 节省了土地资 源 产生附加经济效益 并改善了建筑物的外部形象 地耦管占用的地 表回填后仍可作其它用地 免年检审批 免年检审批 机组不属压力容器 不需消防审批及锅炉年检 地埋管系统设计专业 科学 合理 可靠 地埋管系统设计专业 科学 合理 可靠 缺点 缺点 埋管所需的空地面积较大 如末端为风机盘管 埋管所需的空地面积 为建筑面积的 1 3 如末端为地板辐射采暖 埋管所需的空地面积为建 筑面积的 1 5 泵系统的能量来源于自然能源 它不向外界排放任何废气 废水 废 渣 是一种理想的 绿色空调 被认为是目前可使用的对环境最友好 和最有效的供热 供冷系统 该系统无论严寒地区或热带地区均可应用 可广阔应用在办公楼 宾馆 学校 宿舍 医院 饭店 商场 别墅 住宅等领域 9 9热泵发展历史及原理热泵发展历史及原理 20 世纪 70 年代以来 热泵工业进入了黄金时期 世界各国对热泵的 研究工作都十分重视 诸如国际能源机构和欧洲共同体 都制定了大型 热泵发展计划 热泵新技术层出不穷 热泵的用途也在不断的开拓 广 泛应用于空调和工业领域 在能源的节约和环境保护方面起着重大的作 用 相对世界热泵的发展 中国热泵的研究工作起步约晚 20 30 年左右 新 中国成立后 随着工业建设新高潮的到来 热泵技术才开始引入中国 进入 21 世纪后 由于中国沿海地区的快速城市化 人均 GDP 的增长 2008 年北京奥运会和 2010 年上海世博会等因素拉动了中国空调市场的发展 促进了热泵在中国的应用越来越广泛 热泵的发展十分迅速 热泵技术 的研究不断创新 从 2001 年热泵起步开始 经过 5 年的培育 中国热泵行业开始从 导入期转入成长期 热泵行业快速发展 一方面得益于能源紧张使得热 泵节能优势越来越明显 另一方面与多方力量的加入推动行业技术创新 有很大关系 热泵机组装置主要有 压缩机 冷凝器 蒸发器和膨胀阀四部分组成 通过让 液态工质 制冷剂或冷媒 不断完成 蒸发 吸取环境中的热量 压缩 冷凝 放 出热量 节流 再蒸发的热力循环过程 从而将环境里的热量转移到水中 压 缩机 Compressor 起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用 是热泵 制冷 系统的心脏 蒸发器 Evaporator 是输出冷量的设备 它的作 用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发 以吸收被冷却物体的热量 达到制冷的 目的 冷凝器 Condenser 是输出热量的设备 从蒸发器中吸收的热量连同压缩 机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走 达到制热的目的 膨胀阀 Expansion Valve 或节流阀 Throttle 对循环工质起到节流降压作用 并调节进入 蒸发器的循环工质流量 根据热力学第二定律 压缩机所消耗的功 电能 起到 补偿作用 使循环工质不断地从低温环境中吸热 并向高温环境放热 周而往复 地进行循环 1010 热泵分类及热泵技术的先进性热泵分类及热泵技术的先进性 热泵是需要冷凝器的热量 蒸发器则从环境中吸热 此时从环境取 热的对象称为热源 相反制冷是需要蒸发器的冷量 冷凝器则向环境排 热 此时向环境排热的对象称为冷源 蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同 主要分为空气 换热和水换热两种形式 热泵根据与环境换热介质的不同 可分为 水 水式 水 空气式 空气 水式 和空气 空气式共四类 利用空气 作冷热源的热泵 称之为空气源热泵 空气源热泵有着悠久的历史 而 且其安装和使用都很方便 应用较广泛 但由于地区空气温度的差别 在我国典型应用范围是长江以南地区 在华北地区 冬季平均气温低于 零摄氏度 普通空气源热泵不仅运行条件恶劣 稳定性差 而且因为存 在结霜问题 效率低下 现在新出了一款超低温空气源热泵专门针对华 北地区的 超低温空气源热泵稳定性好 效率高 具有高效除霜功能 利 用水或地热作冷热源的热泵 称之为地源热泵 水和地热是一种优良的 热源 其热容量大 传热性能好 一般地源热泵的制冷供热效率或能力 高于空气源热泵 但地源热泵的应用常受到水源或地热的限制 地源热泵系统按其循环形式可分为 闭式循环系统 开式循环系统 和混合循环系统 对于闭式循环系统 大部分地下换热器是封闭循环 所用管道为高密度聚乙烯管 管道可以通过垂直井埋入地下 150 200 英尺深 或水平埋入地下 4 6 英尺处 也可以置池塘的底部 在冬天 管中的流体从地下抽取热量 带入建筑物中 而在夏天则是将建筑物内 的热能通过管道送入地下储存 对于开式循环系统 其管道中的水来 自湖泊 河流或者竖井之中的水源 在以与闭式循环相同的方式与建筑 物交换热量之后 水流回到原来的地方或者排放到其它的合适地点 对 于混合循环系统 地下换热器一般按热负荷来计算 夏天所需的额外的冷 负荷由常规的冷却塔来提供 1111 地地节能 热效率 460 运行费用是燃气 燃油锅炉的 1 3 是电热 水器的 1 4 比太阳能低 40 安全 水电分离 无漏电危险 适用 5 50 环境 环保 无废热 废水 废气 注 注 但是 目前我国大部分厂家所采用的热媒 冷媒 还是 R22 采用环保热媒 冷媒 R417A 1394A 的时代还未到来 而日本等一些国 家已率先采用 CO2 作为热媒 冷媒 不对臭氧层造成破坏 所以在安 装时 铜管务必要连接紧密 防止 R22 漏出 若 R22 完全不漏出 将对 环境无任何负面影响 另外 以上所述的 R22 R417A 1394A CO2 皆对人体不造成伤害的 即使有漏出 整套热水设备都是安全的 地源热泵组成 地源热泵供暖空调系统主要分三部分 室外地能换热系统 地源热泵机组和 室内采暖空调末端系统 其中地源热泵机主要有两种形式 水 水式或水 空气 式 三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递 地源热泵与地能之间换 热介质为水 与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气 1212 地源热泵发展地源热泵发展 美国 The United States 1946 年 美国第一台地源热泵系统在俄勒 冈州的波兰特市中心区安装成功 1973 年 美国阿克拉荷马大厦安装了地源热泵空调系统 并且进行 全面的系统研究 1978 年 美国能源部 DOE 开始对地源热泵投入了大量的科技研 发基金 1979 年 美国阿克拉荷马州能源部成立了地源热泵系统科技研发基 金会 1987 年 国际地源热泵协会 IGSHPA 在阿克拉荷马州大学成立 1988 年 美国俄克拉荷马商务部开始对地源热泵进行商务推广 1993 年 美国环保署 EPA 大力宣传地源热泵系统 加深美国民 众对地源热泵的认识 1994 年 美国政府第一套地源热泵空调系统在俄勒冈州国会大学安 装 地源热泵从此在美国政府 军队 电力公司等得到了大量应用 1998 年 美国环保署 EPA 颁布法规 要求在全国联邦政府机构 的建筑中推广应用地源热泵系统 美国总统布什在他的得克薪斯州宅邸 中也安装了地源热泵空调系统 目前 全球 75 的地源热泵系统安装在 北美地区 美国 是世界上地源热泵生产 使用和发展的头号大国 1985 年 美国安装的地源热泵为 14 000 台 1997 年 45 000 台 2000 年 400 000 台 2004 年 670 000 台 2005 年 1 000 000 台 加拿大 2005 年地源热泵系统新增比例增加了 50 瑞士 挪威 是世界上地源热泵应用人均比例最高的国家 应用比 例高达 96 奥地利 应用比例为 45 丹麦 应用比例为 35 日本 是亚洲地源热泵技术最先进 使用比例最高的国家 中国 China 1997 年 美国能源部 DOE 和中国科技部签署了 中美能效与可再生能源合作议定书 其中主要内容之一是 地源热 泵 项目的合作 1998 年 国内重庆建筑大学 青岛建工学院 湖南大学 同济大学 等数家大学开始建立了地源热泵实验台 对地源热泵技术进行研究 2006 年 1 月 国家建设部颁布 地源热泵系统工程技术规范国家 标准 2006 年 9 月 沈阳被国家建设部确定为地源热泵技术推广试点城 市 到 2010 年底 实现全市地源热泵技术应用面积约占供暖总面积的 1 3 2006 年 12 月 建设部发布文件 十一五 重点推广技术领 域 作为新型高效 可再生能源新技术的水源热泵技术被列入目录 1313 系统类型系统类型 1 水平式地源热泵 水平式地源热泵 通过水平埋置于地表面 2 4 以下的闭合换热系统 它与土壤进行冷热交 换 此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物 如别墅和小型单体楼 该系统初投资和施工难度相对较小 但占地面积较大 地源热泵 2 垂直式地源热泵 垂直式地源热泵 通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在 50M 400M 深的岩土体与土壤进行 冷热交换 此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物 周围有一定的 空地 如别墅和写字楼等 该系统初投资较高 施工难度相对较大 但 占地面积较小 地源热泵 3 地表水式地源热泵 地表水式地源热泵 地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河 湖泊 海水等进 行冷热交换 此种系统适合于中小制冷供暖面积 临近水边的建筑物 它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性 不需钻井挖沟 初投 资最小 但需要建筑物周围有较深 较大的河流或水域 地源热泵 4 地下水式地源热泵 地下水式地源热泵 地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层 地下水进行冷热交换 地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中 此 系统适合建筑面积大 周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群 落 1414 地源热泵应用方式地源热泵应用方式 地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类 从输送冷热量方式可分为集中系统 分散系统和混合系统 家用系统家用系统 用户使用自己的热泵 地源和水路或风管输送系统进行冷热供应 多用于小型住宅 别墅等户式空调 集中系统集中系统 热泵布置在机房内 冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房 间 分散系统分散系统 用中央水泵 采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源 用户单 独使用自己的热泵机组调节空气 一般用于办公楼 学校 商用建筑等 此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上 便于计量 适用于目 前的独立热计量要求 混合系统混合系统 将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统 混合系统 与分散系统非常类似 只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉 1515 地源热泵空调地源热泵空调 地源热泵空调是采用节能环保的地源热泵系统 其冷热源采用安装灵 活 易于控制的埋管式土壤源热泵系统 也称土壤耦合式热泵系统 具 体采用立埋的埋管方式 以水作为冷热量载体 水在埋于土壤中的换热 管道内与热泵机组间循环流动 实现机组与大地土壤之间的热量交换 冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路 从土壤中吸收 热量 使循环水温度升高 供给地源热泵机组 同时由热泵机组提供热 水 通过地板辐射给室内供暖 夏季循环水通过地埋管将热量排放到土 壤中 使循环水温度降低供给地源热泵机组 再由热泵机组提供冷冻水 通过风机盘管给室内供冷 地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量 循环再 生 实现对建筑物的供暖和制冷 因而运行费用较低 地源热泵比风冷热泵节能 40 比电采暖节能 70 比燃气炉效率提 高 48 所需制冷剂比一般热泵空调减少 50 地源热泵空调相比常规的中央空调 集中央空调 地板采暖 生活热水于一体 采用欧洲的最先进热泵技术和暖通技术 是水质空调 最舒适的节能空调 地源热泵利于推行低碳经济更适合人类的可持续发 展 是地热能等可再生能源的开发利用 地源热泵空调技术是利用地表浅层水源 地下水 江 河 湖 海 土 壤吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能 采用热泵原理 通过 少量的电能输出 实现低位热能向高位热能转移的一种技术 地源热泵空调利用全新再生能源地热源 进行能量转换 开辟了一 条利用清洁能源的新途径 相比常规中央空调 效果更为稳定 只通过少量的电能输出 就可以实现低位能向高位能的转换 更清洁环保 且实现制冷 地板采 暖和供应生活热水 一机多用 性能方面稳定 且运行寿命长 1616 地源热泵空调的特点地源热泵空调的特点 地 水 源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势 1 利用可再生能源 属可再生能源利用技术 地源热泵从常温土壤或地表水 地下水 中吸热或向其排热 利用 的是可再生的清洁能源 可持续使用 2 高效节能 运行费用低 属经济有效的节能技术 地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定 冬季比环境空气温度高 夏季比环境空气温度低 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运 行效率要高 40 因此要节能和节省运行费用 40 左右 另外 地能温度 较恒定的特性 使得热泵机组运行更可靠 稳定 也保证了系统的高效 性和经济性 在制热制冷时 输入 1KW 的电量可以得到 5KW 以上的制冷 制热量 运行费用每年每平方米仅为 15 18 元 比常规中央空 调系 统低 40 左右 3 节水省地 1 以土壤 水 为冷热源 向其放出热量或吸收热量 不消耗水资源 不会对其造成污染 2 省去了锅炉房及附属煤场 储油 房 冷却塔等设施 机房面积大大小于常规空调系统 节省建筑空间 也有利于建筑的美观 4 环境效益显著 该装置的运行没有任何污染 可以建造在居民 区内 在供热时 没有燃烧 没有排烟 也没有废弃物 不需要堆放燃 料废物的场地 不会产生城市热岛效应 对环境非常友好 是理想的绿 色环保产品 5 运行安全稳定 可靠性高 地源热泵系统在运行中无燃烧设备 因此不可能产生二氧化碳 一氧化碳之类的废气 也不存在丙烷气体 因而也不会有发生爆炸的危险 使用安全 燃油 燃气锅炉供暖 其燃 烧产物对居住环境污染极重 影响人们的生命健康 由于土壤深处温度 非常恒定 主机吸热或放热不受外界气候影响 运行工况非常稳定 优 于其它空调设备 不存在空气源热泵供热不足 甚至不能制热的问题 整个系统的维护费用也较锅炉 制冷机系统大大减少 保证了系统的高 效性和经济性 维修量极少 折旧费和维修费也都大大地低于传统空调 6 一机两用 应用范围广 地源热泵系统可供暖 制冷 一套系统可以代替原来的锅炉加制冷 机的两套装置或系统 可应用于宾馆 商场 办公楼 学校等建筑 更 适合于住宅的采暖 供冷 7 自动运行 地源热泵机组由于工况稳定 所以可以设计简单系统 部件较 少 机组运行简单可靠 维护费低 自动控制程度高 可无人值守 此 外 机组使用寿命长 均在 20 年以上 1717 社会效益社会效益 在我国的一些发达城市 夏季制冷 冬季采暖与供热所消耗的能量 已占建筑物总能耗的 40 50 特别是冬季采暖用的燃煤锅炉 燃油锅炉 的大量使用 给大气环境造成了极大的污染 对人们的健康形成了威胁 因此 建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题 传统 的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战 对于夏季制 冷的建筑来说 随着空气热泵空调的普及 空调的实际使用效果正在逐 年下降 这是因为空调装机容量的增加 空调局部热岛效应交叉干扰的 结果 天气越炎热 室外的温度越高 空调负荷也越大 而此时空调机 向室外散热时 传热温差越小 空调机的运转效率就越低 设备也越费 电 也就是说 除了燃煤供暖给环境造成污染之外 空调机同样会造成 大气污染 另一方面 我国大部分地区冬冷夏热 夏天大量地使用风冷 空调 造成某些大城市供电紧张 形成电荒 为了确保不会造成断电等 问题出现 有些城市夏天限制用电量 另外 因为部分地区没有暖气供 应 冬天使用电炉取暖 造成电力供应紧张 地源热泵机组制冷 供暖 所需能量 3 4 左右来自地能 另外 1 4 左右来自电力输入 从而减少一 次性的矿物能源消耗 不向室外排冷 热风 减少城市热岛效应 对环 境非常友好 地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能 环保型 的工程系统 冬季向建筑物供热 夏季又可供冷 可广泛应用于各 类建 筑中 如商业楼宇 公共建筑 住宅公寓 学校 医院等 随着 21 现在 我国对建筑节能的要求越来越高 减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成 的大气污染 降低供暖空调系统的能耗 节约能源是每个公民应尽的义 务 特别是近几年来 大中城市为改善大气环境 大力推广使用包括可 再生能源的清洁能源 随着人们生活水平的提高 建筑物不仅要满足冬 季采暖的要求 而且需要夏季空调降温 地源热泵技术提供了这一问题 的有效解决方案 地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷 还可供生活热水 一机多用 一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统 系统紧凑 省去了锅炉房 避免危险源 节省建筑空间 也有利于建筑 的美观 地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用 率 因此具有高效节能的优点 地源热泵比传统空调系统运行效率要高 约 40 60 节能 50 左右 另外 地源温度恒定的特性 使得热泵机组 运行更可靠 稳定 整个系统的维护费用也较锅炉 制冷机系统大大减 少 保证了系统的高效性和经济性 1818 采集能源方式采集能源方式 1 抽取江河湖海水源方式 2 抽取地下井水源方式 3 埋设地埋管方式 抽取江河湖海水源和抽取地下井水源方式一般用于大型建筑较多较 好 埋设地埋管方式用于大型建筑近几年也多了起来 如武汉新火车站 湖北新档案馆 武汉奇石馆 上海国际会展中心等 江河湖海中的水含有杂质及矿物质较多 也就是水的硬度较高 设 备 及系统易结垢 长时间系统效率下降 另外 设备维护量大 也影响 设备运行寿命 地下井水的硬度就更高 钙镁含量非常高 趋于饱和 设备结垢和淤积就更加容易 地下埋管方式不存在设备系统结垢和淤积问题 因管道里的水 是密闭循环的一次性充填的自来水 不与土壤接触 不会溶解土石中的 钙镁化合物 也就不存在结垢问题 1919 全球领先的热泵技术全球领先的热泵技术 全热回收 即可以是一台采暖制冷的空调 也可以变成一台热水 器 全内置 水泵和膨胀罐等水力模块全部内置到机组内 少占安装 空间 使用安装更简单 运行更稳定 强大的热水功能 生活热水同采暖水是完全不同的两个水路 没 有任何交叉污染问题 生活热水和采暖水可设定不同的水温 比如 55 度和 45 度 不同季节的生活热水完全自动提供 即使在过渡季 节制冷需求很小的时候 不需要人工去切换任何阀门和干预 使用简单 只要开启主机电源 并选定制冷或采暖模式即可 系统设计标准化 两管式室内主管路布置 专利设计的白金温控器可同时控制制冷 空调和地暖 特别是冬天采暖可灵活选择地暖 风暖 地暖或风暖的 模式 白金温控器和主机之间有联动控制功能 杜绝了压缩机和水泵的 无效能耗 并提高了压缩机的运行寿命 缓冲水箱的设置使系统运行更稳定 杜绝了主机故障的发生 延 长了压缩机的使用寿命 系统安装标准化 地下换热器采用标准分水器安装模块 使得调试检修更为简单 风机盘管和地暖采用标准分水器安装 控制阀门全部安装在分水 器上 杜绝了室内漏水点的产生 也使得调试和维修更简单 系统的主机 管路 末端和控制等主要部件全部是由 DISMY 生产 所有部件完全匹配 系统稳定性更好 杜绝了传统东凑西拼的做法 容易出不兼容的质量问题并导致售后服务相互扯皮的问题 免除了 客户对售后服务的担忧 验收和售后服务标准化 客户和代理商按照 DISMY 的工程验收标准对工程进行验收 确保 工程质量符合 DISMY 的标准要求 每一个工程全部由 DISMY 总部工程师现场调试 由 DISMY 公司提供最终系统的质量保证书 提供永久性的售后服 务 所有售后服务由 DISMY 授权的代理商或特约维修公司进行 DISMY 为每个客户提供全球的产品质量保险 免除了客户的后顾 之忧 2020 地源热泵技术瓶颈地源热泵技术瓶颈 地源热泵工程需要较大面积做预埋管道 不适合改造项目 地源热泵冬季应考虑换热效率问题 很多地源侧水温接近临界冰点 地埋管部分管道流量不均影响换热 应做有管道流量平衡装置 2121 项目的可持续性项目的可持续性 地源热泵中央空调是一种高档次的新的耐用商品 地源热泵系统具 有经济 节能 环保等多方面的优势 也不存在分体空调那样影响建筑 外观造型美 同时弥补了我国传统的供暖制冷方式存在的许多问题 更 重要的是在很大程度上为社会节省了能源 为环境减少了污染 缓解了 电荒 也节省了开支 选用节能环保产品符合人类环境保护与能源可持续发展的政策 也为人类可持续发展做出了贡献 2222 地源热泵在中国的发展前景地源热泵在中国的发展前景 在中国发达城市 夏季空调 冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能 耗的 40 50 特别是冬季采暖用的燃煤锅炉 燃油锅炉大量使用 给大气环 境造成了极大的污染 因此 建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一 个重大问题 传统的采暖空调模式因其产生的环境污染的正面临着严峻的挑 战 世界十大污染最严重的城市中 中国占了四个 在中国北方地区许多 大中城市因为燃煤供暖产生严重的大气污染而不得不对燃煤锅炉亮起了红 灯 燃煤改燃气 燃油 不仅初投资增加不少 而且带来了更高的运营成本 燃油和燃气所产生的温室气体仍对大气有污染 它们并不能根本解决大气污 染问题 只是一定程度的减少了大气污染 对于夏季需要空调的建筑来说 天气越炎热 室外的温度越高 空调负荷也越大 而此时空调机向室外散热 时 冷凝温差越小 空调机的运转效率 COP 就越低 设备也越费电 中国大部分地区冬冷夏热 即冬天需要采暖 夏季需要空调供冷 以 前经济不发达 人们的生活水平低 在黄河以南地区不采暖 冬天挨冻 北 方地区不用空调 夏季受酷暑煎熬 现在经济发达了 人们生活要求提高了 冬冷夏热地区既要采暖又要空调 所以供热空调产品市场潜力巨大 传统的供暖空调方式是两套系统分别解决冬季供暖 如采用锅炉或集 中热网 和夏季供冷 如分体空调机或中央制冷机 系统投资大 占地多 如前所述 由于地源热泵系统具有经济 节能 环保等多方面的优势 弥补了中国传统的供暖空调方式存在的问题 符合中国环境保护与能源节约 的政策 所以地源热泵系统在中国具有良好的市场前景 如今中国地源热泵 的应用已经取得了一个很好的开头 地源热泵系统尽管还存在这样或那样的 问题 总的发展形势还是令人鼓舞的 随着经济的发展 环境问题日益突出 节能技术的发展 更多的可再生能源 被利用 浅层地热能 太阳能 风能等 低碳经济的推广 环保节能成为主 题 但我国能源需求日渐扩大 与有限的环境承载力更多矛盾 开发新能源 利 用绿色的可再生能源成为技术研究的主题 而地源热泵技术解决供暖与制冷 问题 逐渐得到社会的关注 在如今为数众多的地源热泵企业中 湖南三腾 节能有限公司凭借 绿色 知识产权打造企业优势 取得了较好的市场回报 同时也为行业的良性发展进行了有益的探索 打造特色热泵技术 据了解 浅层地热能是指蕴藏在地壳浅部变温层以下一定深度范围内 一 般小于 200 米 的岩土体和地下水中的低温可再生能源 中国节能协会高级 工程师蒋芸在接受中国知识产权报记者采访时介绍 我国地下小于 200 米深 度的土壤中 每年可采集的低温能量是我国目前发电装机总容量的 3750 倍 以北京市为例 平原地区地下蕴含的浅层地热能每年可提供的资源相当于 6600 多万吨标准煤产生的能量 可供暖 9 59 亿平方米 就全行业的发展现状而言 目前地源热泵技术在应用中主要面临无法 全面了解土壤换热能力变化 设计 施工手段单一等问题 华清地热总经理 陈燕民坦言 对土壤换热能力的勘察是施工前的必要环节和首要步骤 勘察 越充分 地源热泵系统运行的稳定性也越高 目前行业内的普遍