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地源热泵简述

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.
地源一词在空调业内,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"的概念,最早于1912年由瑞士的专家提出。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。20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机,地源热泵才开始受到重视。当今随着科技的进步,关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格,地源热泵的发展也迎来了它的另一次高潮。
从地源热泵应用情况来看,美国注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似,因此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。
地源热泵工作原理:
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。
供暖模式
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。

地源热泵系统运行示意图
地源热泵优点:
高效节能,稳定可靠
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行效率要高40%~60%,因此要节能和节省运行费用40%-50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量,用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量,所以我们将其称为节能型空调系统。
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。
一机多用
地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水,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。
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
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。
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。
地源热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。对于江南这样的水文地质特点,更能发挥地源热泵系统优越的节能特点。
地源热泵中央空调与常规中央空调的情况比较
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项目 |
地源热泵中央空调 |
VRV中央空调系统+锅炉 |
水冷机组+燃油(气)热水锅炉 |
水冷机组+电热锅炉 |
家用空调 |
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占地面积及安装 |
机房占地面积小,可采用小机组灵活安装在各个房间,可不用专用机房 |
机房占地面积较大 |
需要冷冻房和锅炉房,占用面积较大 |
需要冷冻房和锅炉房,占用面积较大 |
安装在屋面或室外,安装烦琐,维修不便 |
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极端环境影响 |
无影响 |
有影响,冬季需要间歇性除霜 |
有影响,完全锅炉制热 |
有影响,完全锅炉制热 |
有影响,冬季需要间歇性除霜 |
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设备寿命 |
25年以上 |
10年 |
冷水机组20年
燃油锅炉10年 |
冷水机组20年
电锅炉15年 |
10年 |
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水资源消耗 |
利用土壤和地下水的热量,不消耗水资源 |
不消耗水资源 |
夏季冷却水消耗量为循环量的1-2%,冬季供热的排污补水 |
夏季冷却水消耗量为循环量的1-2%,冬季供热的排污补水 |
不消耗水资源 |
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能源消耗 |
电能,能效比为4-6以上 |
冬季制热需加燃油或燃气锅炉,能源利用系数80%夏季:利用电能,能效比为3.5-4.5 |
夏季:利用电能,能效比为3.5-4.5,冬季:燃油或燃气,能源利用系数80% |
夏季:利用电能,能效比为3.5-4.5,冬季:气,能源利用系数90-95% |
电能,额定工况下能耗比3.0-3.5
随气温不同有较大变化 |
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环境保护 |
无燃烧 无污染 |
有燃烧污染,室外机有一定的噪音 |
有燃烧污染,冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染 |
无燃烧污染,冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染 |
噪音较大 |
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设备维护和运行费用 |
系统组成简单,运行费用低,维护方便,节约80-90%费用 |
水泵和冷却塔能耗较大,机组冷量衰减快,维护和运营费用高 |
需要制冷和加热两套机组和人员,运行维护复杂,锅炉房需要设置安全措施 |
需要制冷和加热两套机组和人员,运行维护复杂,冬季运行费用高 |
热泵性能受到气温影响大,运行费用较高 |
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控制灵活性 |
可分区域控制,各区域可单独制冷或制热,互不影响 |
集中控制,只能单独选择制冷或制热 |
集中控制,只能单独选择制冷或制热 |
集中控制,只能单独选择制冷或制热 |
集中控制,只能单独选择制冷或制热 |
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投 资 |
一次性投资较高,无需后续投入 |
一次性投资略低,后续投入高 |
后续费用较高,需追加投入 |
一次性投入较高,后续投入高 |
一次性投入较高,后续投入高 |
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