地源热泵及其对锅炉的替代
9页1、地源热泵及其对锅炉的替代来源:中国论文下载中心 06-03-15 14:02:00 作者:厉建国 摘要:随着能源的日趋紧张,地源热泵的的研究和应用会更加引起政府和用户的关注。本文就地源热泵作简单介绍,并对其在实际应用中存在的问题以及对锅炉替代的可行性进行探讨。 关键词:地源热泵 锅炉替代 1 引言引言随着全球能源的日趋紧张,节能降耗要求日益紧迫。表 1 为地球可利用能源数量及使用年限的 列表,可见人类能源节约是关系到人类可持续发展的关键因素。节能降耗,不能只是停留在政府政府宣传和倡导上,政策和法规或许是解决该问题的最好办法。表 1 地球可用能源统计 种类项目煤石油天然气备注总储量7691.80 亿 t105.2 亿 t301000 亿 m3截止 96 年 12 月可开采量3100 亿 t53 亿 t181000 亿 m3估计值已开采量约 120 亿 t约 15.13 亿 t约 5100 亿m3不准确数据人均余量212(t/p)2.7 (t/p)12929 m3/p 人均年耗量0.67 (t/p.y)0.063 (t/p.y)18 m3/p.y96 年耗 12.6 亿吨标准煤可用年数31
2、6(y)43 (y)718 (y) 可延至年份2312 年2039 年2714 年 楼宇系统日常运行能耗中,空调、取暖系统占有半壁江山。如何减少能源消耗,降低楼宇运营成本,是国家和工程设计人员的主要工作和任务之一。目前主要从两个方面着手解决楼宇节能降耗的问题:开发和使用隔热性能好的新型建筑材料,减少维护结构传热,如:隔热门窗结构,环保隔热墙体等,这是我国建设部极力支持和推广的建筑节能方法之一。 提高能源综合利用效率、加强能量回收利用(充分利用废热、废冷,提高机组效率等)技术的发展,是节能降耗的重要突破环节。 地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵利用地能一年四季温度稳定的特性,冬季把地能作为热泵供暖的热源,夏季把地能作为空调的冷源;即在冬季把高于环境温度的地能中的热能取出来供给室内采暖,夏季把室内的热能取出来释放到低于环境温度的地能中。通常地源热泵消耗 1kW 的能量,用户可以得到 4kW 左右的热量或冷量。在节能环保要求日益提高的今天,地源热泵空调系统正以其不可替代的优势,越来越受到人们的重视。2 地源
3、热泵的基本原理地源热泵的基本原理根据热工学理论,热泵系统能够将低温热量提升至高温热量。图 1 为常见的空调机组系统原理示意图,制冷主要是利用蒸发器吸收热量,热泵是利用冷凝器散发热量,当然,系统运转的同时需外部能量的输入。蒸发器从环境中取热,此时从环境取热的对象称为热源;冷凝器则向环境排热,此时向环境排热的对象称为冷源。图 1 制冷、热泵示意图 蒸发器、冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同,主要分为空气换热和水换热两种形式。根据热泵(或制冷机)与环境换热介质的不同,可分为水水式,水空气式,空气水式,和空气空气式共四类。 我们将具有热泵功能的制冷系统常常称为热泵,以突出其产生可利用热能的功能。若按照其冷热源的性质来分,国外的文献通常把它们分为空气源热泵(Air Source Heat Pump, ASHP) 和地源热泵(Ground Source Heat Pump, GSHP)两大类。 空气源热泵空气源热泵 利用空气作冷热源的热泵,称之为空气源热泵。在供热工况下将室外空气作为低温热源,从室外空气中吸收热量,经热泵提高温度送入室内供暖。空气源热泵有着悠久的历史,而且其安装和使用都很方便,
4、应用较广泛。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。而且,其制热量随室外空气温度降低而减少,这与建筑热负荷需求趋势正好相反。此外,在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,这也消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天气,由于其制冷量随室外空气温度升高而降低,同样可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于寒冷地区,在我国典型应用范围是长江以南地区。在华北地区,冬季平均气温低于零摄氏度,空气源热泵不仅运行条件恶劣,稳定性差,而且因为存在结霜问题,效率低下。地源热泵地源热泵 利用大地(土壤、地表水、地下水)作为热源的热泵,称之为“地源热泵”。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度,远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度,因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。此外,冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,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。这样在地源热泵系统中
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