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環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術應用研究
環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術應用研究1
闡述了地源熱泵技術的`工作原理、分類及其應用意義,分析了地源熱泵的特點及經(jīng)濟效益,介紹了地源熱泵的發(fā)展歷史以及國內(nèi)對地源熱泵的研究現(xiàn)狀,提出地源熱泵在我國節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展中具有廣闊的前景.
環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術應用研究2
摘要：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，能源消耗量迅猛增加，但一直以來沒有引起人們的重視，直到近幾年，能源的短缺極具加重，大量的煤炭消耗引起地球環(huán)境危機。人們才更注重對新能源、新技術的開發(fā)利用。本文主要對環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術應用進行了分析探討。
關鍵詞：地源熱泵;技術原理;分類;經(jīng)濟效益
引言
經(jīng)濟的快速發(fā)展、人口的急劇增長，加上生態(tài)的破壞、環(huán)境污染、資源的亂開發(fā)，使本已不堪重負的自然生態(tài)環(huán)境面臨著前所未有的問題。能源、資源、環(huán)境的問題，已成為阻礙世界各國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。只有把可再生能源放在能源發(fā)展首要位置，使原有的能源結構體系向可持續(xù)發(fā)展的能源時代轉(zhuǎn)變，才能緩解當前能源與環(huán)境的巨大壓力。地源熱泵技術的開發(fā)和應用，就是實現(xiàn)這一目標的有效措施之一，同時實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保的統(tǒng)一。
一、地源熱泵系統(tǒng)的組成
通常，一套地源熱泵系統(tǒng)一套系統(tǒng)可以代替目前的空調(diào)和鍋爐兩種設備。主要是用來滿足用戶全年的生活熱水、冬季供暖和夏季制冷的生活需求。地源熱泵系統(tǒng)主要由熱泵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、室外管網(wǎng)系統(tǒng)、和室內(nèi)末端系統(tǒng)所組成。對于土壤源熱泵而言，水-水和土-氣是各個系統(tǒng)之間的只要換熱介質(zhì)。早在二十世紀六七十年代水-水型地源熱泵技術在歐洲地區(qū)就已經(jīng)得到了廣泛應用，這種技術主要是利用淺層地下水中的熱量作為低位熱源，現(xiàn)在主要用于地板輻射供暖。土壤源熱泵于二十世紀八十年代開始廣泛的使用，這種方法的出現(xiàn)主要是由于某些地下水比較缺乏的地區(qū)研發(fā)出的一種利用土壤中熱量的方法。其室內(nèi)系統(tǒng)一般采用風機系統(tǒng)進行冷風和熱風的供應[1]。
二、地源熱泵在建筑節(jié)能中的優(yōu)勢特點
1、運行穩(wěn)定可靠
土壤溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動范圍遠遠小于空氣的變化，是熱泵機組很好的冷熱源，這種令土壤溫度更加恒定的特性，使得熱機組運行更可靠、穩(wěn)定，不存在空氣源熱泵冬季除霜困難的問題，克服了常規(guī)的空調(diào)，由于外界溫度變化造成更大的功率，制冷和制熱效果差的缺點。
2、經(jīng)濟節(jié)能，運行效益高
淺層地熱溫度一年四季相對穩(wěn)定，一般為10～25℃，在冬季比環(huán)境空氣溫度高，在夏季比環(huán)境空氣溫度低，熱泵是一個很好的熱源和冷空調(diào)，這使得地面源熱泵溫度特性制冷，供熱系數(shù)可達3.5～5.5。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，其運行費用為普通中央空調(diào)的40%～60%，對地源熱泵技術來運行經(jīng)濟的能源效率高出40%以上。
3、一機多用，節(jié)約成本
熱泵系統(tǒng)可供暖和制冷，還可供應生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的基礎鍋爐壓縮空氣調(diào)的兩套設備，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)點，而不是僅節(jié)部完成質(zhì)量函數(shù)源，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設備可以滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。
4、利用可再生能源
熱泵利用地球表面淺層地熱能不受地域、氣候條件的限制，是一種無限的可再生能源。并且地源熱泵運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量，環(huán)境效益明顯。
5、系統(tǒng)維護少，壽命長
地源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低;另外，地源熱泵系統(tǒng)不是埋在地下就是放置在室內(nèi)，使用壽命長，一般地源熱泵地上機組正常使用壽命不低于25a，地下埋管可達50a，遠遠高于普通空調(diào)機組。
三、地源熱泵系統(tǒng)的應用
1、地源熱泵系統(tǒng)的.適用條件
地源熱泵系統(tǒng)通常需要具有處于地下30m到300m深度、而且溫度不低也不高的恒溫帶成為其熱泵系統(tǒng)的“源”以及“匯”的地下工作環(huán)境,以及一年四季空調(diào)熱泵本身需夏季排熱以及冬季取熱的優(yōu)勢特點。為保證熱泵的高效性、穩(wěn)定性、以及可持續(xù)性地工作,建設地源熱泵系統(tǒng)需要遵循下面適用條：(1)一年四季需要室外空氣平均氣溫達到溫度10至20攝氏度，(或者地下恒溫帶溫處于10一20℃)的地域;(2)打井的地質(zhì)條件要具有經(jīng)濟可能性的地域，并具有一定量的淺層地下水資源條件的的地域;(3)一年四季向地下總排熱量同總取熱量保持相等或著維持接近狀態(tài)的供熱供冷工程,否則需要一定量的工程的補救輔助手段和措施;(4)夏季供冷溫度可達到不低于五攝氏度,冬季供熱溫度可達到不高于六十攝氏度的工程。
2、地源熱泵-太陽能復合系統(tǒng)
2.1原理
地源熱泵-太陽能復合系統(tǒng)是以淺層地熱能以及太陽能為能量來源，將地源熱泵系統(tǒng)和太陽能集熱系統(tǒng)進行優(yōu)化組合，用來對建筑物冬季供暖、夏季供冷及制取生活熱水的系統(tǒng)。地源熱泵-太陽能復合系統(tǒng)是由地源熱泵機組、太陽能集熱系統(tǒng)、地熱能交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的。
太陽能-地源熱泵復合系統(tǒng)原理圖，此系統(tǒng)的運行模式是由地下埋管換熱系統(tǒng)與太陽能集熱系統(tǒng)聯(lián)合運行。利用這套系統(tǒng)可以實現(xiàn)建筑物夏季供冷、冬季供暖、全年生活熱水的供應以及地下蓄能等功能，可保證地埋管區(qū)域土壤吸放熱量的動態(tài)平衡，從而使得地下溫度場保持穩(wěn)定的變化，機組運行工況穩(wěn)定，同時可以提高地下?lián)Q熱器換熱效率與熱泵運行能效。
2.2不同季節(jié)系統(tǒng)流程
2.2.1夏季供冷時的流程
復合空調(diào)系統(tǒng)夏季供冷時，是由地源側循環(huán)系統(tǒng)、負荷側循環(huán)系統(tǒng)、太陽能集熱循環(huán)系統(tǒng)組成，地源熱泵系統(tǒng)和太陽能集熱系統(tǒng)都各自獨立運行，負荷側循環(huán)系統(tǒng)正常開啟。地源熱泵系統(tǒng)作為建筑物的供冷冷源，太陽能集熱系統(tǒng)作為建筑物的生活熱水熱源[2]。
2.2.2秋季蓄熱時的流程
復合空調(diào)系統(tǒng)秋季運行時，地源側循環(huán)系統(tǒng)的地源熱泵機組停止運行，負荷側循環(huán)系統(tǒng)也停止運行，太陽能集熱循環(huán)系統(tǒng)正常運行，地源側循環(huán)泵開啟。太陽能集熱系統(tǒng)除了滿足生活熱水外，其余采集的熱量都通過地埋管蓄存到地下，以備冬季供暖時使用[3]。
2.2.3冬季供熱時的流程
復合空調(diào)系統(tǒng)冬季運行時，依然是由地源側循環(huán)系統(tǒng)、負荷側循環(huán)系統(tǒng)、太陽能集熱循環(huán)系統(tǒng)組成，地源熱泵系統(tǒng)和太陽能集熱系統(tǒng)聯(lián)合運行，負荷側循環(huán)系統(tǒng)正常開啟，地埋管換熱器和太陽能集熱器同時作為供暖的熱源。熱泵機組蒸發(fā)器所提取的熱量，一部分來自太陽能集熱器，一部分來自地下?lián)Q熱器[3]。
四、加強地源熱泵技術推廣的措施
為了能夠進一步促進地源熱泵技術的應用與推廣，減少能源資源的消耗量，建立節(jié)能環(huán)保型社會，就需要我們從實際出發(fā)，不斷改進地源熱泵技術方法，提高地源熱泵技術的經(jīng)濟效益，兼顧地下熱平衡的問題，使地源熱泵技術更加合理化。在設計地源熱泵技術的應用方案上，我們應當注意保證整個區(qū)域的地下熱源平衡，以確保地源熱泵系統(tǒng)的長期穩(wěn)定使用。除了技術方面以外，還需要在非技術方面為地源熱泵技術的應用創(chuàng)造更多有利條件。如政府多出臺一些優(yōu)惠政策來支持地源熱泵技術的應用與推廣，加大對地源熱泵專業(yè)技術的人員培訓，不斷提高地源熱泵技術水平。在我國，地源熱泵技術是一種具有很大應用前景與應用市場的新能源技術，因此我們應當不斷創(chuàng)新地源熱泵技術方法，提高其能源利用率和系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，盡可能的降低地源熱泵系統(tǒng)的安裝維護成本[4]。
結束語
地源熱泵技術是一種清潔而高效節(jié)能的安全技術，具有廣闊的發(fā)展前景，但是目前需要在技術上不斷地完善，提高地源熱泵技術的適用性，使其能夠滿足更多區(qū)域的地質(zhì)條件。因此加強地源熱泵技術的應用研究對我國的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
參考文獻
[1]吳治堅，葉枝全.新能源和可再生能源的利用[M].北京：機械工業(yè)出版社，20xx.
[2]袁建東.地源熱泵系統(tǒng)的應用和系統(tǒng)優(yōu)化[J].住宅科技20xx，(07)
[3]徐偉.國際國內(nèi)地源熱泵技術發(fā)展[J].建設科技,20xx(18)
[4]劉學來，李永安，張耀鵬.地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計施工中應注意的問題[J].建筑技術，20xx(11).
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