小型地源热泵空调简介

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  摘要:本文主要分析了小型地源热泵空调系统的相关特征和运用情况,通过相关分析可以进一步提高设备运用的效率,提高环境效益和经济效益,仅供参考。
  关键词:地源热泵;特征;可靠性;效益
  一、地源热泵空调系统的原理
  地源热泵系统是一种以大地作为低温热源的热泵空调技术,其原理是依靠消耗少量的电力驱动热泵机组完成制冷或供热循环,利用大地温度相对稳定的特点,通过深埋于地下的管路系统进行热量交换,冬季通过热泵把大地中的热量取出对建筑供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用。夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用,从而实现制冷和供暖或制备热水的要求。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用,提高了空调系统全年的能源利用效率。系统由于采用了利用地下低位热量的特殊换热方式,从而具有普通空调系统不可比拟的节能环保优点。
  (一)地源热泵空调系列特点
  1、属再生能源利用技术
  地源热泵是利用了地球土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的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),而且是一个巨大的动态能量平衡系統,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说,地源热利用的是清洁的可再生能源的一种技术。
  2、高效节能
  地源热泵机组可利用的水体温度冬季为7-15℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体为18-32℃,水体温度比环境空气温度低,所以制冷的冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式及家用空调,机组效率提高。据我们所实施的工程经验估计,设计安装良好的水源热泵,平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调的运行费用。
  3、节水省地、灵活安全
  以土壤为源体,向其吸收或放出能量,即不消耗水资源,也不会对其造成污染。省去了锅炉房,冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积,节约机房空间。真正做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖,夏季向建筑物供冷,提高了设备的利用率。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。
  4、运行稳定可靠
  地下土壤的温度一年四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动,是很好的热泵热源的空调冷源,机组的运行工况稳定,由于散热、取热均依靠深层土壤不受环境温度变化的影响,即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减,更无结霜除霜之虑了,克服了家用空调因外界气温的变化引起的多耗电,效果差等弊端。机组主要零部件全部采用进口设备,维护简单,主机运行寿命可达25年以上。不会产生冷量衰减,普通机组夏季极端高温时冷却塔散热不利,制冷效果下降。地源热泵机组由于工况稳定,所以可以设计简单的系统,部件较少,机组运行简单可靠,维护费用低;自动控制程度高,使用寿命可长达25年以上。
  5、环境效益显著
  地源热泵的使用电能,电能本身为一种清洁的能源,但在发电时,消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的地源热泵机组折电力消耗,与空气源热泵相比,相当于减少30%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上。地源热泵技术采用的制冷剂,可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。没有燃烧过程,避免了排放任何烟尘及有害物质,社会效益显著。自由运用地热资源,既解决了热污染问题,又进一步提高能效比。没有冷却塔,减少冷却塔水污染,杜绝“军团病菌”对人体损害。
  (二)冷、暖、热水一体热泵机组(DHW)选配
  通过回收机组冷凝热提供生活热水,实现冷、热、热水三联供功能,热泵机组内置空调侧、热水侧水力模块,管路连接简单。
  工作模式:制冷、供热、热水、制冷+热水、供热+热水
  二、地源热泵空调系统的组成
  完整的地源热泵空调系统由室内空调系统、地源热泵机组和土壤换热器三部分组成。
  (一)土壤换热器
  它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭下埋管中的流动,实现系统与大地之间的换热。
  1、水平埋管环路
  当存在足够的土地空间可供利用时,常考虑采用水平环路,管路安置于挖掘成1.28米深的沟中(与冻土层深度有关),每冷吨需要的土地面积为68-135平方。
  2、垂直埋管环路
  当土地面积有限时垂直管路是理想的选择,用U型配件连接的两根管插入垂直孔中,每冷吨需要的土地面积为9-49平方。
  3、水下盘管
  当有可利用水源时,安装池塘(湖)管路非常经济,省去了钻孔的费用,热交换盘管很简单的安放到池塘底部,安装简单方便。
  4、开式环路
  利用湖水、河水、地下水等这样的自然水源作为冷热源,从上游取水,经热交换后返回下游;也可以从地下抽取地下水,经热交换回灌至地下,不污染水质,在满足最小水量的要求下,地下水或地表水源热泵系统应用是非常经济的一种系统形式。
  (二)室内空调系统
  室内空调系统可以采用任何常规中央空调系统形式。
  (三)地源热泵机组—HRHN、HRHH
  地源热泵机组利用土壤换热器的冷热源,进行热泵工作,向室内空调系统提供冷热水。
  HRHN 四通阀切换的热泵机组
  HRHH 水路切换的热泵机组
  HRHN DHW 热回收并内置泵组型热泵机组
  三、地源热泵空调热水机组与其他热水设备费用对比
  设在相同条件下,将1m3自来水从10℃加热至55℃,需要45000千卡的热量。
  能源价格表:民用电:0.61元/度,商用电:1.00元/度,天然气:2.2元/ m3,液化气:5.175元/kg,管道液化气:10.5元/ m3,人工煤气:0.95元/ m3
  四、地源热泵中央空调与其他常用中央空调对比
  (一)技术特点对比
  综上所述,地源热泵空调系统是最为环保节能的中小型多用途空调系统,可以有效减少锅炉的使用,大大地降低了温室气体的排放来减轻温室效应,有利于创造绿色环保的环境。
  (作者单位:江苏新世纪江南环保股份有限公司)
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