水源热泵技术

区城供热2011.3期水源热泵技术.山东胜利油田热电联供中心张文[摘要]我国有丰富的地热资源。目前,地热主要是直接利用,如冬天供暖、供热水、农业利用、温泉沐浴等。近年来,国际上适用于低温地热利用的水源热泵技术发展非常迅速,对地热能的高效综合利用有极为重要的意义。[关键词]水源热泵吸收式热泵压缩 式热泵.一、前言建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的当今世界，常规能源日见短缺,而在总能19% ,其中在新建筑中占30%。美国热泵工业耗中，民用采暧、空调耗能比例逐年增长。目已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊前,采暖、空调存在能耗大,效率低、恶化城市电力研究所及众多热泵厂家组成的美国热大气环境质量等问题,在这种背景下,以环保泵协会,该协会在近年中将投入一亿美元从和节能为主要特征的绿色采暖、空调系统应事开发、研究和推广工作。美国计划近期达到运而生，而热泵系统正是满足这些要求的新每年安装40万台热泵的目标,届时将降低温兴技术。室气体排放1百万吨,相当于减少50万辆汽.大地作为一种巨大而稳定的热储资源，车的污染物排放或植树1百万英亩,年节约其浅层地温和地下水在能源利用方面也有广能源费用达4.2亿美元,此后,每年节约能源泛应用前景,我国有丰富的地热资源。目前,地费用再增加1.7亿美元。与美国的热泵发展热主要是直接利用,如冬天供暖、供热水、农有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德业利用、温泉沐浴等。近年来,国际上适用于国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤低温地热利用的水源热泵技术发展非常迅埋盘管(埋深<400米)的地源热泵,用于室内速,对地热能的高效综合利用有极为重要的地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年意义。水源热泵技术是一种较理想的采暖、空的统计,家用的供热装置中,地源热泵所占调方式,具有耗能少,不污染环境等优点,符比例，瑞士为96%，奥地利为38%,丹麦为合可持续发展的要求。27%。二、热泵技术现状我国占地热资源总量98%以上的是低温欧美等发达国家较早意识到要调整社会资源。目前对我国众多的低温地热资源还主能源结构和环境保护问题,因此热泵在这些要中国煤化工利用总量已达国家应用较多。许多国家采取一系列措施来到24YHCNMHG,但利用水平刺激热泵的发展。据统计, 1998年美国商业和效率比较低,40C以下温度段的能量利-93 -区域供热2011.3 期用率更差。在对巨大的地温热储(如浅层地液体,到热膨胀阀C1进行节流膨胀成低压液温和地下水)能量的利用方面更加缺乏创体进入蒸发器D1器蒸发成低压蒸汽,蒸发过新思路,与国外有非常大的差距。因此,非程中吸收水中的热量QD将水冷却。低压制常有必要大力开展研究开发热泵新技术的冷剂蒸汽又进入压缩机A1压缩成高压气体,工作。如此循环不已。此时,供热需要的热水在冷凝三热泵的工作原理器B1中获得。热泵的原理与制冷机完全相同，热泵的对于供热模式的热泵，根据能量守恒定作用是从低温热源中吸取-定数量的热量,律可得到如下关系式:提高温度后输送到温度较高的有限空间,达QB=QD+W到供暖的目的。热泵分为吸收式热泵和压缩热泵的效率(性能系数)COP定义为:式热泵两大类，吸收式热泵是以热量为代价COP=QB/W来实现从低温热源向高温输送热量。压缩式在制冷模式时如图2所示，高压高温的热泵靠消耗电能或机械功把热量从低温热源制冷剂气体从压缩机A2(电能W)出来后进向高温输送,它是以少量的功(转化为热量)人冷凝器B2,向水中排放热量QB而冷却成抽取环境热量一同供给热用户，热泵的性能高压液体,并使水温升高。到热膨胀阀C2进系数(COP)是产出的热量与投人的电能(或行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器D2蒸热能)比。发成低压蒸汽，同时吸收空气或水的热量目前我国利用较多的是水源热泵，就是QD。低压制冷剂蒸汽又进人压缩机A2压缩以地下水作为冷热“源体”,在冬季利用热泵成高压气体,如此循环不已。此时,制冷需要.吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸的冷水在蒸发器D2中获得。与传统的暖通空收到的热量向其排放,实现对建筑物供冷。热调系统相比水源热泵系统只是通过与地下水泵的工作原理是利用工作流体(工作介质)在的热交换来完成制冷或制热的效果。通过在不同压力温度下的蒸发和冷凝进行吸-放热不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换，就可的过程,通过压缩机驱动(电功),将热量从低以完成制冷与制热功能的转换。温环境送到高温环境，达到制冷或制热的目对于制冷模式的热泵，根据能量守恒定的。如图1及图2所示。在供热模式时如图1所示，高压高温制冷剂气体从压缩机A1(电能W)压出后进入冷凝器B1同时排放热量QB而冷却成高压COP=QD/W制冷冷水.采暖热水D231凶) C11M12A21.B2中国煤化工|↓ 含油污水.MHCN MH G水图1图2-94-区域供热2011.3 期四、热泵的效益分析部件运动,磨损少,平时无需检修。(一)热泵供热采暖(3)因管理与劳动强度均较少,可减少定热泵特别适用于冬天供暖或供应热水。员从而节省工资开支。它可分为普通型和高温型两种:利用电驱动(4)锅炉房的锅炉风机的耗电量也较大。的地热热泵，前者可把7-12C的地下水提升(二)热泵供冷空调到45-50C;后者适用于将30-40C的低温地用电驱动制冷空调机组,1kW的冷量需热水温度提升到65-70C;两者的制热系数要花费0.29kW的电力，用电量小于家用空COP均可达到3-4，也就是说，花费一份代调,与传统的暧通空调系统减少冷却塔,并大价,可以得到3--4倍的热量。与使用常规能源大节约了电力和相应的成本费用。加热获得热水的方式相比，无疑大大节省了五、结语能源，进而也减少了因使用化石燃料燃烧的水源热泵是高科技通向节能环保的桥过程中排放物对环境造成的污染。梁。它可以利用40C以下的低温地热和低于热泵的经济性是由多方面来确定的,热环境温度的地温热库能量，达到节能和环保泵供暖与燃煤、燃气、燃油锅炉房供暖,从燃料的效果。利用地热热泵供暖和供热水,其运行消耗费用做一个简单比较，以产生为费用可比用天然气或直接用电节省30-70%。10000keal热量所需的燃料费我们可以得出:在夏天进行制冷,供建筑物空调使用,可减少1.用热泵机组:设热泵的COP值为3.5，空 调的用电量和费用。则耗电量为3.32kWh,若电费平均价格为0.5从以上分析可知，水源热泵系统是一种元/kWh,则电费为:3.32x0.5元=1.66元.可靠、经济、节能的采暖方式。不仅如此,由于2.用煤:煤低位发热值22000kJ/kg,燃煤它使用清洁能源,由于它节能效果明显,节能锅炉的热效率75%计，则所需的燃料为就是环保，在电力已进人买方市场的条件下，2.54kg。若煤价为0.30元/kg,则费用为:2.54在人民生活条件迅速改善的条件下,水源热泵x0.30元=0.76元无疑将是一种受大家欢迎的采暖空调方式。3.用燃气:天然气热值为33500kJ/Nm',燃气锅炉的热效率90%计,则所需的的燃气量参考文献为1.39Nm'。若燃气价格为1.4 元/m?,则费用为:1.39x1.4元=1.95元[1]李树明.地下热能的合理应用[J]. 水务世界,4.用燃油:燃油低位发热量:41068kJ/kg,2005,(1):41-43.燃油锅炉的热效率80%计，所需的油量为[2]06SS127,热泵热水系统选用与安装[S].国家建筑1.27kg。若油价为1.2 元/kg,则费用为:1.27x标准设计图集.[3]CB50366- -2005. 地源热泵系统工程技术规范[S].1.2元=1.52元仅从燃料费上可见，燃煤是最便宜的,而[4]GB/T 50265- -97,泵站设计规范[S].燃气最贵。但热泵与锅炉房供热相比,显然具[5]黄自勤,曲申酉,肖脊书等.热水机组选用与安装[S].国家标准图集,05SS121:16-17.有运行附加费较小，这是因为:[6]倪龙、封家平、马最良.地下水源热泵的研究现状(1)热泵装置不需要燃料输送费用和保和进展[J].建筑热能通风空调,2004,23(2):26-管费、排渣运输费等;中国煤化工(2)检修周期较长,因锅炉设备与高温烟[7]刁YHCN M H G节能新技术[]. .气接触,构件极易受损;而热泵系统只有两个建筑热能通风空调,2004 ,23(3):18-23-95-