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所屬欄目:水力論文 發布日期:2010-09-01 14:25 熱度:
摘要:本文介紹了水源熱泵技術的特點,比較了傳統的供暖制冷與水源熱泵形式的差異,并且指出了水源熱泵技術在我國的發展前景。
關鍵詞:水源熱泵,節能,效率,發展
近些年來,世界范圍內都面臨著巨大的能源壓力。而在我國這樣一個高速發展中的國家,更要面臨經濟的高速發展與環境及能源問題之間的矛盾。一方面中國的經濟要保持較高速的發展,而另一方面又必須考慮環保及可持續發展的問題。而如何節能就成了暖通行業現今所面臨的最主要的課題。
現今,水源熱泵技術作為一種有益環境、節約能源和經濟可行的建筑物供暖制冷新技術越來越受到關注。
一、水源熱泵技術的定義
水源熱泵技術是以水為介質來提取能量實現制熱和制冷的一個或一組系統。針對水源熱泵機組,就是通過消耗少量高品位能量,將地表水中不可直接利用的低品位熱量提取出來,變成可以直接利用的高品位能源的技術。水源熱泵技術是利用太陽能和地熱能來制冷、供熱,應該說其屬熱泵中“地源熱泵”的一種[1]。
二、水源熱泵的基本原理
下圖為水源熱泵系統的基本原理。地下水從深井1中抽出進入板式熱交換器3,與樓內循環水系統的水換熱后,再通過深井2排到地下。循環水系統經住宅樓內管網送入各戶,經各戶的水源熱泵產生熱水(冬季)或冷水(夏季)送入末端裝置,滿足供熱或空調的要求。
三、水源熱泵與傳統的供暖制冷形式的比較
水源熱泵與傳統的供暖制冷形式相比運行效率高,COP值高,有較好的節水效益,對環境無危害,且投資小,占地少。
2.1運行效率高
對于普通中央空調系統,不管是采用風冷熱泵機組還是采用冷卻塔的冷水機組,無一例外的要受外界天氣條件的限制,即空調區越需要供冷或供熱時,主機的供冷量或供熱量就越不足,即運行效率下降,這在夏熱冬冷地區的使用就受到了影響。而水源熱泵機組與外界的換熱是通過地下水,而地下水的溫度很穩定,不受外界空氣的變化而影響運行效率,因此,水源熱泵的運行效率是最高的。
2.2保護環境
從水源源熱泵的整個運行原理來看,水源熱泵系統實際是真正意義的綠色環保空調,不管是冬季還是夏季的運行,都不會對建筑外大氣環境造成不良影響。而普通中央空調系統,將廢熱氣或水蒸氣排向室外環境,無一例外的都對環境造成了極大的污染。
2.3節水效益
采用水源熱泵,有巨大的節水效益,下面舉例來說明:
若10萬平方米商業建筑,采用冷水機組制冷,則一個制冷季節將損耗冷卻水8.5萬t,若采用直然機組制冷,將損耗冷卻水10.5萬t。(計算條件為:冷負荷110W/m,1萬建筑所用冷水機組1100kw需冷卻水230m/h,或用直然機組1100kW需冷卻水284m/h,一天16h,制冷期115天,水耗損2%)若采用水源熱泵機組,10萬平方米商業建筑夏季將節水8萬~10萬t。
2.4投資小占地少
水源熱泵一次性投資,比冷水機組+燃氣爐、冷水機組+市政供暖費用還略低,年運行費用,水源熱泵比后兩種方案要低30%~40%,而且占用場地少,同燃煤鍋爐房相比,占地面積可減少一半以上。
2.5制冷、制冷系數高
經過嚴格測試及不同地區熱泵的應用實例測算,水源熱泵制熱的性能系數在3.1—4.7之間,制冷的性能系數在3.5—6.7之間。
綜上所述,發展水源熱泵對于深化和穩定地利用太陽能和多種低位熱能,減少環境污染、節約淡水,促進我國社會發展,具有重要意義。也可以說,發展水源熱泵技術,相當于打開了一個清潔的、可以永遠持續利用的能源庫,一個具有戰略意義的能源庫。
四、水源熱泵在中國的發展
中國最早在上世紀50年代,就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津大學熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究,1965年研制成功國內第一臺水冷式熱泵空調機。1997年11月,中國政府科技部與美國能源部簽署協議,其中主要內容之一是“水源熱泵”,該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調的商業建筑,以推廣運用這種“綠色技術”,緩解中國對煤炭和石油的依賴程度,從而達到能源資源多元化的目的。2000年6月19至23日在北京由國家科學技術部高新技術開發與產業化司召開了中美地熱泵技術交流會,會議的主題就是“提供運用地熱泵技術為住宅小區或公用樓宇采暖制冷,大幅降低運行費用的節能解決方案”的主題。至此,掀開了中國水源熱泵的高速發展。近些年來在我國政府的大力倡導下,水源熱泵技術的發展非常迅猛,這種綠色環保的新型供暖制冷技術大有取代傳統供暖制冷的趨勢。
五、水源熱泵發展的瓶頸
現今,我國為了保護有限的水資源,制訂了《中華人民共和國水法》,各個城市也紛紛制訂了自己的《城市用水管理條理》。這些政策均強調用水審批,用水收費。而審批的標準中對類似水源熱泵技術的要求沒有規定,所以水源熱泵很容易被用水指標所限制。即使通過了用水審批,由于有些地方將水源的抽取和排放兩次收費,收費的標準全國又不統一,所以結果可能導致水費偏高,使得水源熱泵的運行節能費用不足增加的水費,水源熱泵的經濟性變差。
目前,在投入使用的大多數水源熱泵機組中,存在著許多機組無法回灌的現象,一些運行單位甚至將回水直接排放進污水系統,對地下水資源造成了極大的破壞。
水源熱泵技術是一種綠色的、可持續發展的新興供暖制冷形式,目前在我國的發展雖然存在著許多政策與技術上的難題,但是從長遠看,隨著水源熱泵技術的日趨成熟、能源壓力的不斷增大,以及水資源的合理利用,它將成為供暖制冷的首選。
參考文獻:
[1] 中國建筑標準設計研究所.全國民用建筑工程設計技術措施暖通空調.動力分冊中國計劃出版社
[2] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2008
文章標題:水源熱泵技術的特點及發展前景
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