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地埋管地源热泵和空气源热泵的节能性比较分析摘要热泵近年来作为空调的冷热源而应用广泛,但是,现在很多地源热泵投入运行以后却不节能,这是因为人们没有对于地源热泵的充分认识本文从热力学的角度来比较地理管地源热泵和空气源热泵的节能性能关键词地源热泵;地理管换热器;空气源热泵;节能性比较概述随着中国经济的快速发展,人们生活水平日益提高,空调在百姓人家以及单位公司的应用越来越多空调使用热泵则是目前而言发展相对来说较快的技术之一,也是使用在中央空调中较为理想的设备而近几年来,作为空调系统冷热源的热泵应用也是日渐广泛,尤其是在一些中大城市中,如上海、北京、深圳、合肥等等例如,合肥地区中就有很数以千万计的以空气源热泵作为冷热源的建筑,而且,随着国家环保政策的贯彻实施、绿色概念的积极推行,地理管地热源热泵的数量猛增但是,就现在而言,人们对于地理管地源热泵的认识很是欠缺这就导致很多地理管地源热泵在运行后并不能节能的局面空调系统中热泵的应用1热泵在空调系统中的应用现在社会中,热泵的可用范围极其广泛,它既可以使用在木材等的干燥,还可以用于印染和啤酒等等的工业生产但是,热泵应用于空调系统中是更为有效有利因为在这一系统中,热泵可以将低品位的热源提升为高品位的热源,所以热泵在近几年中发展速度相当快热泵是空调系统的冷热源,因为有它空调可以在夏天可以供冷在冬天可以供热因此,热泵越来越受到人们的重视2常用的空调热泵种类空调系统中冷热源一热泵的分类有很多方法,如:按其循环的原理来分类,按其吸热放热的介质来分类以及按其吸热源的类型来分类等等很多种而按其吸热源的类型来分类可以将热泵分为以下几类[2]
1、空气源热泵空气源热泵的优势非常明显,而且不是其他之类的热泵可以比拟的a、安全不需要燃气,不会产生废气,也不会产生露点的危险;b、舒适在使用热水时不会有忽冷忽热的现象,而且可以全天全年的供给热水;c、环保空气源热泵的热水器中排出的冷风可以降低室温空气源热泵的种类包括a、冷暖空调机和一拖多;b、VRV和多联机;c、风冷式冷热水热泵地理管地源热泵地源热泵、大地耦合式热泵是以大地作为热源来对建筑物进行空调的技术其基本工作原理为夏季,热泵从室内吸收多余的能量并将其转移释放至地源中,实现建筑物的空调制冷;冬季,热泵从地源中吸收到热量,并向建筑物提供热量具有很多的优点a、属于可再生的能源利用技术;b、属于经济有效节能技术;c、有显著的环保效益;d、可以一机多用且适用范围广泛;e、维护费用相对来说较低等等地理管地源热泵的种类包括a、竖直埋管式的地源热泵;b、水平埋管式的地源热泵;c、竖直埋管加水平埋管式的地源热泵
3、水源热泵a、地下水源式热泵;b、地表水源式热泵;c、污水水源式热泵;d、海水水源式热泵
三、空气源热泵和地理管地源热泵的节能性比较虽然每种热泵都有自己的优点,但是在实际应用中,我们应该时刻注意着各种热泵的节能效果在绿色时代的发展中,节能环保已经是需要时时刻刻考虑的问题就以合肥地区的热泵情况为例来进行分析在合肥,夏季时空调的设计温度在
35.1℃其最高温度在
40.3C;而冬季空调的设计温度在-7℃其最低温在-
13.5℃早期的热泵,其夏季的冷凝温度和冷凝空气的进口温度的差值较大,而现在热泵的夏季冷凝温度和冷凝空气的进口温度的的差值较小就产区而言,进口热泵的夏季的冷凝温度和冷凝空气的进口温度的差值较大,国产热泵的夏季的冷凝温度和冷凝空气的进口温度的差值较小经研究发现,在合肥地区,地理管地热源热泵在冬季中的节能效果要比在夏季中的节能效果好而且总体而言,地理管地源热泵的节能性要比空气源热泵的节能性好夏季,28℃环境下空气源热泵运行时消耗的能量相当于地源热泵的水源侧进的水温度在30C;冬季,5℃环境下空气源热泵运行时消耗的能量和地源热泵在0℃时运行消耗的能量相当虽然从小处来讲是不会差很多,但是,如果将所有的空调用户以及工厂等都加在一起,在将全年的能量差加在一起,那么这将是一个非常可观的数字能量消耗随着经济的发展也是日益增多,但是,环境的破坏却也是随之加重所以在有关能量消耗的领域,要将节能这一项目考虑进去,作为项目评价的一项重要的指标总结随着经济的发展,对于热泵的要求越来越高,当然其节能效果的好坏相当重要相对于空气源热泵来讲,地理管地源热泵则就属于节能性好的一类地理管地源热泵在北美以及欧洲的很多国家已经得到非常广泛的使用,已经是一种非常成熟的空调技术但是,在我国,地理管地源热泵的使用还处于刚刚起步的阶段在社会中推广地理管地源热泵技术是需要来自很多方面的帮助政府政策的引导、设计人员以及具体施工人员的相关培训、提高大众对地理管地源热泵的认识等等在我国,随着经济的发展以及人们生活水平的升高,空调以及供热已经成为百姓的正常生活需求,而且逐渐向着农村扩展,其市场前景非常好所以,国家和企业都应该增加相应的技术资金的投入以及人才的大力培养当然与此同时,我们应该虚心想技术发达的国家请教学习,但是在实际应用中,应将我国的实际情况和气候条件考虑进去,我们借鉴的应该是他们的经验而不是照搬照抄并且在实际使用中时时总结经验是非常重要的、必须的地理管地源热泵的应用会使得我国经济和环境在一定程度上得到有效地共发展,这是一项非常有价值的应用参考文献
[1]陆耀庆,实用供热空调设计手册[M]2版,北京中国建筑工业出版社
2008.
[2]中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系,中国建筑热环境分析专用气象数据集[M]北京中国建筑工业出版社,
2005.
[3]彦启森,石文星,田长青,空气调节用制冷技术[M]3版,北京中国建筑工业出版社,2004地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析摘要通过对地埋管的地源热泵中央空调的了解与研究,在其冬、夏季运行期间,对累积取热量、地层的岩土体累积排热量的多种平衡情况和我们国家的不同地域所对应的不同的气候情况,我们提出了以下几种不同的设计计划,而且针对各种情况进行逐一讨论,从而论证了它们各自拥有的特性和其适用情况关键词地埋管换热器;空调系统;地源热泵地源热泵中央空调的技术能够适应现在中国正热的节能与减排的重要国策,而且,它能在储存热量的同时妥善处理好浅层土壤里的能量这种方法可以做到更好的供暖,而且在夏季的空调和冬季的供热方面的费用就大大降低了因此种较好的特性,使得该种技术受到国人广泛的关注,引起国人浓厚的兴趣众所周知,地源热泵工程拥有多种形式,相应地,在地埋管地源热泵、地表水地源热泵、地下水地源热泵等多种不同形式的地源热泵工程里,地埋管地源热泵的发展是最为迅速的,因此本文就详细论述了这一点我国最大的特点就是有着广阔的土地和丰富的地质资源,因此,我国各个地区的气候存在着不小的差异所以,在地源热泵的使用方面,应该做到把不同地区区分开来,然后仔细比对不同方案的区别,准确判断出不同的气候地区应该使用的地源热泵方案在当下地源热泵的行业中,对于严寒地区或是冬暖夏热地区采用地埋管热泵是否合理的观点一直存在着一些问题1提出不同的方案,做到具体问题具体分析地源热泵在我国国土南方与北方广大宽阔的地方的发展与改革现在已经渐渐的体现出来小到建筑面积只有数百平方米的小型别墅,大到占地面积拥有数十万平方米的大型商业建筑,均有工程的实例出现正是因为地埋管地源热泵拥有的特点是众多其它技术无可替代的,所以如果在同样条件下地源热泵所体现的经济效益和使用方面比其他的技术更多更好的时候,地源热泵系统应该是首先考虑的当下的很多知名建筑工程都运用了这种技术,但是由于我国地域、气候方面有所差异所以地埋管地源热泵中央空调方面的设计就要全方面的考虑了第一种方案就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷却塔的组合;第二种是把普通的热泵机组换成热回收热泵机组再搭配冷却塔的组合;第三种方案是地埋管和双冷凝器热泵机组再搭配闭式冷却塔的组合;最后一种方案是地埋管加上热泵机组再搭配太阳能的组合方式2各种方案的实际原理《地源热泵系统工程技术规范》上面有明确的要求应提前计算好至少一年内的动态复核,在这一年时间中,地源热泵的释放与排放的热量和提取浅层土的能量应达到一个平衡的状态1)地埋管地源热泵系统的工作原理是将室内多余部分的热量通过地埋管排放到外界,这就使得室内有一个舒适的适宜生活的环境因为地埋管换热和室外地面的换热之间通常是不稳定的所以散热器是所有程序的中心热量从散热器出发扩散向四周,向土壤中的岩石或室外的空气中散发夏天时,地源热泵运行时排放出的热量就会向换热器周围扩散,在日积月累的情况下扩散的速度就会减慢,那么随之而来地埋管换热器的实际作用就慢慢降低了在冬天运行时,土壤中的热量会被散热器收集起来,这也造成了换热器作用的降低如果说每年的热量排放量与提取量有很大的差异的话,随着使用时间的增加,自然调节的能力就会大大减弱,到一定程度,地源热泵系统也就发挥不出应有的作用了同时,与制热相对应的,地源热泵在制冷的方面,热泵冷凝器的排热量被热泵系统传送到地埋管换热器里也就是说建筑与热泵机同时在消耗能量,与此同时循环水泵排放到水中的热量也在其中存在;供热的时候就恰恰相反,这其中时间是决定温度变化的最直接的因素2)不同的设计方案的机理是基于岩土体的热平衡状况来说的,换句话说,它的决定条件是各个地区的气候和空调房功能方面的差异和由运行方式导致的排放热量和吸收热量存在的差异很多人都希望岩土土地不达到热平衡的状态,因为地埋管热泵的排放热量和吸收热量的差异是很明显的,首先,是不希望原有的良好生态环境遭到破坏和损毁;第二个原因就是热平衡改变情况如果很大,那么土壤内岩石和泥土的温度就会持续性的连续升高或者连续降低,这就导致整个地源热泵中央空调系统遭到很大的影响,其中最大的影响就是地埋管换热量的持续性衰减,这种现象严重影响了整个空调系统的使用3列举其中几个方案的特点并分析第一种方案的构成特性并分析其特征第一种方案适合用在一种特定的工程应用上,这种应用的特点是建筑物全年累计排放的热量明显大于累计吸收热量第一种方案的构成特点第一种方案就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷却塔的组合,这种组合适用于从全年累计排热量来看夏季大于冬季的建筑工程里,这种方案可以使系统排放的热量和系统吸收的热量达到基本平衡,可以把多余的一部分热量排放到其他不影响整个系统的地方,使其不排放进浅层土壤使用冷却塔的原因就是如此,冷却塔可以更好的将热量排放到大气当中以此种方法进行设计的建筑工程有很多这个方案在实际的应用上确实可以使土壤和建筑达到基本热平衡,而且成本不高,适合投资,而且在地埋管放置的设计方面不需要很大的占地面积,已经可以说基本达到国家现在积极倡导的节能减排,降低污染的标准以下为黑龙江的工程实况坐落于黑龙江省的一栋商业性性质的办公建筑,它的组成是3层商业楼和13层办公楼,整个工程的总建筑的的面积是21274m2o黑龙江地区的制冷季节大约是
2、3个月,而供热季为7个月左右所以,该地区埋管地源热泵中央空调工程,冬季的总排量约是夏季总散热量的3倍左右第二种方案的构成特点第二种方案是把普通的热泵机组换成热回收热泵机组再搭配冷却塔的组合,在整个方案的实行过程中不需要太多的生活热水,并且可以利用热回收机组吸收并储存起来的热量来对自来水进行加热,使其达到生活用水的标准而且在实际应用上不能达到与外界的基本热平衡的情况下,可以通过增加冷却塔的方式,使冷却塔能更好的向大气排放多余的热量第三种方案的构成特点第三种方案是地埋管和双冷凝器热泵机组再搭配闭式冷却塔的组合,假设它的热泵机使用的是双冷凝机组而不是标准的冷凝机组,并配备上闭式冷却塔那么就需要重新设计双冷凝器机组,从而使其达到应有的效果第四种方案的构成特点第四种方案是地埋管加上热泵机组再搭配太阳能的组合方式这个组合最明显的特点是在寒冷的冬季也可应用太阳能,这一方面补足了热泵机组的不足,同时,在另一个方面,夏天空调系统使用的过程中也可以把太阳能产生的热水通过合理的方式流入地埋管换热器,这可以更好地控制散热器的损耗问题这种方案最早在天津实施并取得很好的成效,同样,我国的西北、东北等太阳能资源较为丰富的地区也可以实行这种方案,而且,其全年的日照时数可能会达到22003210小时正是因为这个原因,太阳能可以成为为岩土体提供储热的方式之一最后,以上的方案要按照实际需要并结合各方面的因素合理的确定,不足之处还要根据实际情况加以改良参考文献[1]何耀东,孟震.地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析[J]制冷技术20092927-11[2]李福才.地埋管地源热泵中央空调技术的应用探讨[J].城市建设理论研究电子版,201315[3]陆建甑.地源热泵中央空调节能控制的系统研究[J].民营科技,
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