新型集中分散式供暖制冷模式

1、新型集中分散式供暖制冷模式设计者：张华，李瑾仪，史浩指导教师：韩喜莲（兰州理工大学土木工理学院）摘要：研究一种适用于南方地区，新型、节能的制暖制冷模式，该系统以水源热泵设 备来集中提供热源或冷源，将其传送到要供暖或制冷的环境，然后利用空调器二次制 暖或制冷來向室内提供暖气或冷气。由于只在建筑物外墙体敷设管道，模式结构简 单，在使用过程中以其快速的制暖制冷效果、灵活的供热制冷方式和简单计量方法， 为用户创造一个健康舒适的室内空气环境。模式利用两次供暖的设计方法，避免制暖 过程中室外设备结霜的可能。1研制背景及意义研究背景：国内：制冷空调系统为人们创造了舒适的生活环境，但全球能源危机使制冷 空调系

2、统这一能耗大户面临着严峻考验，根据2010年的统计，我国建筑能耗占全国能耗的 28%左右，其中空调能耗约占40%。而在制暖方面，我们过去的取暖方式一直是采取一家一户烧煤取暖的办法过冬。因各地 气温不同，风俗习惯有异，有炭火直接散热，也有热炕、热墙、热地等不同的送热方式。古 老的故宫的采暖体系，就是综合运用了各种传统的送热方式，并将其发挥到了极致，形成了 有机联系的庞大供暖体系，充分显示出古代劳动人民高超的智慧和才能，令人叹为观止。 进入当代，随着西方科学技术的传入，取暖燃料的多样化和人们生活水平的口益提高，采暖 方式发生了质的变化，规在主耍有如卜网种方式：集中供暧热源供给主体是热力公司或小 区

3、锅炉房，目前国内供【暖系统绝大多数是以燃煤、燃气、燃油锅炉作为热源，通过外网或内 网与室内系统相连。还有一种集中采暖方式，即中央空调系统。国外：热泵节能技术在1丨本H益引人注目，其优点是利用空气能，可得到数倍于驱动 热泵的电力，如果辅以蓄热系统，节能效果更佳。热泵通过制冷剂氟利昂的压缩、加热和膨胀、冷却等变化进行热交换，让室内外的热能换位移动，将夏天室内的热量排到室外， 冬天室外的热量吸入室内，起到空调的作用。此外，热泵热水器可向用户提供热水，也可以 节约大量能源。东京隅田川东京湾的入海口附近，矗立着十几座高楼，是200年开发的晴海商业区，配 备有高性能的热泵和蓄热艳。在30米处的地下4层有6

4、台热泵，和容积为1.9 7J吨的蓄水 槽，分别储存夜间制出的6摄氏度的冷水和47摄氏度的热水，通过管道输给用户，起到暖 气和空调作用。白天热泵停用，既避开用电高峰，夜间电力也相对便宜，晴海商业区70% 以上的热水和冷水都是在夜里制出。由于使用热泵技术，减少了 61%的二氧化碳气体排 放，节约电费30%,能源消耗降低44%。地热利用的发展：地下水的温度，夏天在17度，冬天14度左右，利用热泵技术，将低 热值的地下水抽上來，抽取部分热量，将生活热水或取暖用水加热到65度左右，抽収过热 量的水再排入地下。夏天用同样的装置可以制冷。利用地热对地质条件有较高的要求。其 实太阳能、空气能、地热、废热都可以

5、通过热泵技术综合利用。在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的 前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况 进行调査，地下水量是否有水、水最是否会足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的 技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。北方地区集中供暧室温标准为16C-18Co近年來，冷空气不断南下，把雨雪分界线推 到了长江以南，经常造成南方多个省市低温雨雪冰冻天气，导致长江流域室内温度一般低于 8C,比北方地区低10C左右，最低气温其至在0C以下。目前长江沿线以南的城市建筑供暖措施确实非常脆弱，尤其是很多酒店大

6、多采取空调供 暧，没有其他适直的供啜措施，这种高能耗的方式与建设资源节约型和环境友好型社会的要 求不合。在制冷制暖多年的发展上，制暖上己经拥有了很成熟的集中供暖技术，而在制冷方面， 成熟的制冷空调技术己经无可非议。还有最近发展的地源热泵技术，为新型集中分散式供暖 制冷模式提供了很好的支持。科学意义：1.针对南方近几年來冰雪，寒流的情况，南方的天渐寒，地渐冻趋势是有增 减，对于南方是否要集中供暖也成为热点话题。从近儿年南方天气变化看，每年都有两三个 月的寒冷阶段和三四个月的严热时期；从舒适、节能和经济的角度看，南方适合供暖，但不 适合集中供暧。从南方目前的空调情况看，空调都以制冷为主，而制暖的效

7、果普遍不佳，且 都为单家单用，节能不好，利用效率也不高。在南方大多数的空调安装都在建筑物的单面， 制暖（制冷）的范圉也没有北方那么大，只限于单个卧室或房间。南方地区仅有一些高档生 活小区实现商业化集中供暖，大部分城市居民主要采用空调、电暧炉、电热毯、煤炉及木炭 等方式，个顾个地取暖。而在农村采用煤炉和木炭取暖，往往只注意保暧，不注意通风，容 易发生一氧化碳中毒事故。空调、电热毯、电暧炉等往往使得城市用电负荷贡，能耗偏高， 不环保、不节能。目前南方地区的供暖方式应该视个人家庭收入水半而定。且考虑到在南方 一年只有一年不到一百天的冷天气和经济的因素，在南方大面积推广北方那种集中供暖的方 式没有必要

8、。由于南方集中供暖困难，同吋居住建筑现有的空调模式大多是分散的，而分散 供暖供冷却浪费能源，因此设计一套适用于南方，且节能、环保的制暖制冷的设备应用模 式。22. 设计方案：设计方案：根据地下水冬冷夏热的特点，利用地热在冬、夏季集中提供热能或冷能，在 换热器中通过媒介物质将热能或冷能传送到要供暖或制冷的环境，然后利用改进的类似空调 设备向室内提供暖气或冷气。夏季方案:在夏天，利用地下水温度比室外大气温度低的特点，用热泵将冷水提取上來，以作为冷 源，经交换器将热空气下降一定温度，在经过改进后的空调进行一次制冷，最后将制冷后的 空气送入室内。冷源的获取：通过水源热泵系统，把地表水作为媒介，灌到地底

9、深处（地下40米左 右）。地表水与地下水交换热量之后（电表水温度地下水），再把它抽上来。通过管道把热 量散布到相应的交换器上。3冬季方案：在冬天，利用地下水温度比室外大气温度高的特点，用热泵将冷水提取上来，以作为热 源，经交换器将空气加热至一定温度，在通过改进后的空调二次制暖，最后将热空气输入室 内。热源获取：原理与冷源获取相似，就是通过 水源热泵系统，把冷水作为媒介，灌到地 底深处。冷水吸收地底热星之后，再把它抽上來。通过管道把热量输送到相应的交换器上。总体结构 （正面图）匸作原理及性能分析：系统利用水源热泵提供的冷源（热源），经外管道循环进入交换器.一次制冷（加热）冷（热）空气，经处理的空

10、气再经空调器二次处理，调节到最舒适的温度 和湿度，最后传送到要制冷和供暖的环境.6现阶段地暖利用示意图:地热采唳乗统示意图k生产井2.潜水电泵3.钛板换熱器4.调峰锅炉5终端散热设备6.釆暖循环泵化地面拄肢8.回;1井（水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最和热最，能转移地下土壤中热最或者冷最到所需 要的地方的设备通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖.地源热泵技术还利用了地下 土壤巨大的蒂热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏李再把地下 的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环）3理论设计分析：地

11、源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等） 的既可供热乂可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电 能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷 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 热量取出來，释放到地下去。通常地源热泵消耗lkW的能量，用户可以得到4kW以上的热量 或冷最。地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17 度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种 温度特性使得地源热泵比传统空调系统运

12、行效率要高40%60%,因此要节能和节省运行费用40%50%左右。在加上低的维修费用、髙效率的交换器和简单的管理费用，在节能和应用上都非常的可观，有很好的实用性。4创新点及应用1. 新型集中分散式供暖制冷模式由于采用了低温传导热源，以新型的地热能作为冷热源， 集中提供热源和冷源，利于环境保护，且能源利用率高，对节能减排和可持续发展都有很大 的帮助。2. 灵活的供热制冷：新型集中分散式供暖制冷模式由两部分组成，空调器的那部分可由 用户自己选择适合的温度和湿度。3. 经济实惠：管道的敷设是根据南方的需求方而和房屋结构设计，只在建筑物外墙体上进行 敷设，管道敷设简单，减少了敷设管道的费用和散热片的占用空间。4. 新型集中分散式供暖制冷模式结构简单，在设备的使用过程中以其快速制暖制冷速 度和灵活的供热制冷方式，且采用了与传统不一样的简单的计最方式，简单而实用.5. 避免制暖过程中室外设备结霜：系统由于外部设备事先通过供热系统，将原來的冷 空气加热到了 35到40摄氏度的温度，在经过二次制暖的过程中室外机的最低温度也 超过0摄氏度。6. 适用性强:新型集中分散式供暖制冷模式即快速制暖制冷的系统模式对于南方不到一白天 的低温、长时间的高温和温度变化快的的特点上，适应性特别的强。參考文献11陈7J仁、王保.东热泵与中央空调节能技术.化学工业出版社.5010-052 傅秦生.热工基础与