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暖通工程师基础知识:地源热泵发展历史及前景

2014-05-26  点击: 次  建培教育

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  •   国内外地源热泵的发展历史及前景

      在中国传统的空调系统概念中,在过去相当长的时期,南方以水冷机组解决夏季制冷问题,中、北方以燃煤锅炉解决冬季取暖问题。20世纪80年代以后,出现了溴化锂机组、风冷机组,90年代以后,从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。但是,替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题,可是天然气和石油等都属于不可再生的能源,且采暖造价及运行费用皆较高,因此必须寻找可以再生的能源,从而提出了地源热泵空调新技术。

      在国外,地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史,但发展相当迅速。如美国,截止1985年全国共有14000台地源热泵,而1997年就安装了45000台,而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建筑中占30%。

      与美国有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深小于400m深)的地源热泵,用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计,在家用的供热装置中,地源热泵所占比例,瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%。

      安全省地方面

      热泵系统在冬季供热时省去了锅炉房系统,没有燃烧过程,无燃烧设备,避免了有害烟尘和有害物质的排放,从而不存在爆炸、燃烧的隐患。热泵机组运行安全、可靠、稳定,几乎不受天气及环境温度变化的影响,符合环保理念。

      与燃气和燃油锅炉系统相比,省去了储油设备和燃气管道的敷设,若是燃煤锅炉系统则可以省去锅炉房及与之配套的煤场和渣场,而夏季制冷时则可以省去冷却塔所占面积,大大减少了机房的占地面积,节约了土地资源,产生附加经济效益,并改善了建筑物的外部形象,提高了建筑物的使用率。

      高效节能方面

      地温一年四季基本稳定,使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率。冬季,投入1kw电能,可以得到4kw左右的热能;夏季,投入1kw的电能,可以得到5kw以上的冷量。系统的高效率,压缩机的低能耗,使运行费用大幅减少,只有传统方式的2/3。

      热泵系统之所以节能,很重要的一点就是换热器位置的设置,传统的空调系统中,不管是水冷或风冷,其换热器对建筑立面造型均起一定的破坏作用。水冷换热器须配置冷却塔,且必须置于大气中,风冷机组也一样,都要暴露于建筑物之上的大气之中,这难免要对建筑立面造型造成不好的影响。风冷换热器和水冷换热器的换热环境均为大气,和大气换热不可避免地受到环境条件变化的影响。在夏季,当室外温度达到40 ℃时,由于换热效率的降低,主机的制冷量将下降20 %~40 %;在冬季,当室外温度下降到- 10 ℃时,供热量将下降到15 %~30 % ,而且要反复地冲霜来保证机组的正常运行。而对于地源热泵机组来讲,换热过程是和大地来完成的,换热对象是1.5 m以下的地层,其初始温度大约等于年平均气温,一般在14~16 ℃左右,基本不受外界环境的影响。

      环境保护方面

      众所周知,普通空调对环境的影响是不言而喻的,它不仅对大气臭氧层造成严重破坏。夏季,风冷机组将废热排入大气,使室外温度升高,还将水蒸气带入大气中;冬季,风冷机组吸收大气环境中的热量,导致恶劣的大气环境更加恶劣。因此,要保证空调运行对环境不产生任何影响,必须要改变换热对象,即不与大气换热,而变成与大地换热。在换热过程中,地下换热器在夏季将多余的热量排到大地中,在冬季又将热量取回,以达到冬夏取散热量平衡,达到制冷和供暖的目的。


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