地源熱泵技術(shù)論文(2)
地源熱泵技術(shù)論文
中途分類號(hào)：TE44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1、地源熱泵系統(tǒng)及特點(diǎn)
地源熱泵是通過(guò)提取巖土體、地下水或地表水的能量，利用溫差進(jìn)行冷熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)供暖或制冷的技術(shù)。這一技術(shù)誕生于1912年的瑞士，50年代在歐洲發(fā)展成熟，70年代第一次能源危機(jī)以后，受到世界能源、環(huán)保組織和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的推崇，進(jìn)而被市場(chǎng)廣泛接受。我國(guó)1997年與美國(guó)政府簽訂熱泵技術(shù)系統(tǒng)引進(jìn)協(xié)議，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)發(fā)展該技術(shù)。
我國(guó)淺層地能資源潛力巨大，僅百米內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量約為1.5×1012kW，而百米內(nèi)地下水的每年可采集的低溫能量約為2.2×108kW，分別相當(dāng)于目前我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量4億kW的3750倍和一半。
運(yùn)用地源熱泵供暖的突出優(yōu)點(diǎn)在于：
?、俟?jié)能減排。地源熱泵的能源利用率為傳統(tǒng)采暖方式的3-4倍，沒(méi)有燃燒，從而避免了煙塵及有害物質(zhì)的排放。據(jù)測(cè)算，應(yīng)用地源熱泵采暖每1000萬(wàn)平方米，一個(gè)采暖期可少燃燒35萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排煙氣47億立方米，減排顆粒物1.5萬(wàn)噸、氮氧化物0.9萬(wàn)噸、二氧化硫0.84萬(wàn)噸、二氧化碳91萬(wàn)噸。
?、谟猛緩V泛。“一機(jī)三用”，冬季供暖，夏季設(shè)備反向換熱運(yùn)轉(zhuǎn)，還可制冷，同時(shí)提供生活用水。機(jī)組安裝空間小，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。適用于民居、辦公樓、醫(yī)院、商場(chǎng)、工礦企業(yè)等多類場(chǎng)所。
地源熱泵業(yè)已是一種非常成熟的技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)高效。而且對(duì)于居民來(lái)說(shuō)，地源熱供熱價(jià)格相對(duì)較低。當(dāng)然，地源熱泵的初期投資大，對(duì)土壤環(huán)境可能造成影響，但總的來(lái)說(shuō)還是利大于弊。
2、地源熱泵系統(tǒng)樣式及應(yīng)用
根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水源型熱泵系統(tǒng)、土壤源型熱泵系統(tǒng)和地表水(江河水、湖水，海水、再生水)源熱泵系統(tǒng)。
?、俚叵滤葱蜔岜孟到y(tǒng)。抽取地下水，經(jīng)過(guò)換熱，再把水回灌到原來(lái)的水層中。這種系統(tǒng)的熱效率最高，但關(guān)鍵是需要足量的地下水，并嚴(yán)格保證用水的回灌和不受污染，否則可能帶來(lái)生態(tài)災(zāi)害。
?、谕寥涝葱蜔岜孟到y(tǒng)。以巖土體為冷熱源，換熱器是埋于地下密閉的U型管，與大地進(jìn)行冷熱交換。這種系統(tǒng)適應(yīng)性廣，生態(tài)安全無(wú)虞，但工程投入較前者要高。
③污水源型熱泵系統(tǒng)。以地表污水、中水等水體為熱源進(jìn)行冷熱交換。由于城市污水與其他地表水相比，具有冬季高，夏季低的特點(diǎn)，又處于地表，熱效率和設(shè)備安裝均優(yōu)于前兩類。有污水源的地方就可以使用，一些排水量較大的浴池用這種技術(shù)做主要熱源，輔以電加熱，或可以徹底解決小鍋爐污染的問(wèn)題。
由此可以看出，地源熱泵系統(tǒng)形式的多樣性，使之在我國(guó)不同地區(qū)的應(yīng)用有著廣泛的適應(yīng)性。
在地源熱泵的應(yīng)用上，沈陽(yáng)市走在了全國(guó)前列。該市自1997年起，經(jīng)過(guò)先期試驗(yàn)示范，取得了良好效果。2009年供暖期開(kāi)始時(shí)，沈陽(yáng)市已有4549.39萬(wàn)平方米建筑面積的取暖能夠應(yīng)用上節(jié)能環(huán)保的地源熱泵技術(shù)，這其中包括居民住房，也有公共設(shè)施以及辦公用房。燃煤已不再是沈陽(yáng)供暖的唯一能源，全市采用地源熱泵供暖的面積，已經(jīng)占該市供暖總建筑面積的1/4以上。地源熱泵技術(shù)在沈陽(yáng)推廣非常迅速，僅2009年1～10月，沈陽(yáng)市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)新增地源熱泵技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目121項(xiàng)、1090.90萬(wàn)平方米，其中獨(dú)立式水源熱泵應(yīng)用面積771.89萬(wàn)平方米。據(jù)沈陽(yáng)市2006年9月出臺(tái)《全面推廣熱泵系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用工作的實(shí)施意見(jiàn)》，該市計(jì)劃到2010年地源熱泵采暖面積達(dá)到6500萬(wàn)平方米，占全市當(dāng)期供熱面積的1/3。
與使用燃煤鍋爐等常規(guī)供暖方式相比，地源熱泵供暖具有清潔、高效、節(jié)能等諸多優(yōu)勢(shì)。以一個(gè)采暖期每平方米燃煤供暖面積需要消耗煤35公斤計(jì)算，目前沈陽(yáng)全市4500多萬(wàn)平方米的地源熱泵供暖面積可節(jié)約煤150多萬(wàn)噸，減排二氧化碳390多萬(wàn)噸，減排二氧化硫3.6萬(wàn)噸。
根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際工程測(cè)算，地下水式地源熱泵，系統(tǒng)初投資為300～400元/平方米;土壤地源熱泵系統(tǒng)，初投資約為350～450元/平方米。總體地說(shuō)，初投資比之目前常規(guī)燃煤鍋爐房供暖系統(tǒng)，高出1～3倍。但這種比較均未計(jì)算傳統(tǒng)供熱輸送基礎(chǔ)設(shè)施投資，也未量化計(jì)算地源熱泵系統(tǒng)除供暖，還能制冷，提供新風(fēng)、熱水帶來(lái)的成本節(jié)約。據(jù)初步計(jì)算，使用地源熱泵技術(shù)，投資增量回收期約為4～10年。
3、地源熱泵系統(tǒng)室內(nèi)末端供暖形式
我國(guó)冬季室內(nèi)供暖形式主要有以下幾類(以熱水為主)：
?、賯鹘y(tǒng)散熱器采暖。采暖系統(tǒng)供、回水溫度通常為95/70℃。目前大多數(shù)公共建筑的采暖系統(tǒng)仍在沿用。
②分戶熱計(jì)量、散熱器采暖。采暖系統(tǒng)供、回水溫度一般為80/60℃。目前大多數(shù)居住建筑使用這種采暖系統(tǒng)。
③低溫?zé)崴匕遢椛涔┡?。供暖系統(tǒng)供、回水溫度一般為50/40℃。一些高檔住宅、游泳池周邊使用這種供暖系統(tǒng)。
?、茱L(fēng)機(jī)盤管熱風(fēng)供暖。供暖系統(tǒng)供、回水溫度為45/40℃或60/50℃。通常是結(jié)合夏季供冷使用，夏季效果尚可，冬季熱舒適性則較差一些。大多數(shù)公共建筑、賓館及一些別墅經(jīng)常使用這種供暖系統(tǒng)。
目前我國(guó)大多數(shù)空調(diào)設(shè)備廠家生產(chǎn)的熱泵機(jī)組，冬季提供的出、回水溫度為45/40℃，個(gè)別設(shè)備廠家生產(chǎn)的高溫型熱泵機(jī)組，出水溫度能達(dá)到70℃。熱泵機(jī)組出水溫度較低這一特點(diǎn)，使之與以散熱器為主的采暖系統(tǒng)相結(jié)合較為困難，而與低溫?zé)崴匕遢椛涔┡?、風(fēng)機(jī)盤管熱風(fēng)供暖結(jié)合則相得益彰。據(jù)筆者了解，目前我國(guó)大多數(shù)熱泵供暖都是與后二者相結(jié)合的。
以下結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例談一下洛陽(yáng)的熱泵供暖應(yīng)用。
由恒大地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的洛陽(yáng)恒大綠洲首期工程，建筑面積50萬(wàn)平米。由于該項(xiàng)目緊鄰污水處理廠，且附近沒(méi)有市政熱力管網(wǎng)。因此，小區(qū)供暖設(shè)計(jì)采用了污水源熱泵系統(tǒng)。冬季熱泵機(jī)組提供的出、回水溫度為45/40℃，并配備熱回收機(jī)組24h提供生活熱水。結(jié)合熱泵機(jī)組的特點(diǎn)，該小區(qū)多層別墅、會(huì)所、運(yùn)動(dòng)中心采用風(fēng)機(jī)盤管熱風(fēng)供暖系統(tǒng)，小高層住宅、運(yùn)動(dòng)中心游泳池周邊則采用了低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)。后由于某些原因，市熱力公司在洛陽(yáng)東區(qū)設(shè)了供熱中心，開(kāi)發(fā)商改變了供暖方案。該熱泵項(xiàng)目最終未能實(shí)施，不能不說(shuō)有一些遺憾。雖然如此，洛陽(yáng)近年來(lái)也陸續(xù)增加了洛陽(yáng)正骨醫(yī)院、電業(yè)局家屬樓、財(cái)經(jīng)局住宅樓、湯泉國(guó)際公館、中俄心血管醫(yī)院等諸多地源熱泵項(xiàng)目。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，洛陽(yáng)地下水資源豐富，且地下水水溫穩(wěn)定，具有推廣地源熱泵的先天條件，大力推廣地源熱泵，將使洛陽(yáng)在建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)工作中取得突破。洛陽(yáng)市政府業(yè)已將發(fā)展地源熱泵等清潔能源項(xiàng)目列為今后的重點(diǎn)扶持對(duì)象。
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