區(qū)城供熱2011.3期水源熱泵技術(shù).山東勝利油田熱電聯(lián)供中心張文[摘要]我國(guó)有豐富的地?zé)豳Y源。目前,地?zé)嶂饕侵苯永?如冬天供暖、供熱水、農(nóng)業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來(lái),國(guó)際上適用于低溫地?zé)崂玫乃礋岜眉夹g(shù)發(fā)展非常迅速,對(duì)地?zé)崮艿母咝ЬC合利用有極為重要的意義。[關(guān)鍵詞]水源熱泵吸收式熱泵壓縮 式熱泵.一、前言建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的當(dāng)今世界，常規(guī)能源日見(jiàn)短缺,而在總能19% ,其中在新建筑中占30%。美國(guó)熱泵工業(yè)耗中，民用采曖、空調(diào)耗能比例逐年增長(zhǎng)。目已經(jīng)成立了由美國(guó)能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜前,采暖、空調(diào)存在能耗大,效率低、惡化城市電力研究所及眾多熱泵廠家組成的美國(guó)熱大氣環(huán)境質(zhì)量等問(wèn)題,在這種背景下,以環(huán)保泵協(xié)會(huì),該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從和節(jié)能為主要特征的綠色采暖、空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。美國(guó)計(jì)劃近期達(dá)到運(yùn)而生，而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新每年安裝40萬(wàn)臺(tái)熱泵的目標(biāo),屆時(shí)將降低溫興技術(shù)。室氣體排放1百萬(wàn)噸,相當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽.大地作為一種巨大而穩(wěn)定的熱儲(chǔ)資源，車(chē)的污染物排放或植樹(shù)1百萬(wàn)英畝,年節(jié)約其淺層地溫和地下水在能源利用方面也有廣能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元,此后,每年節(jié)約能源泛應(yīng)用前景,我國(guó)有豐富的地?zé)豳Y源。目前,地費(fèi)用再增加1.7億美元。與美國(guó)的熱泵發(fā)展熱主要是直接利用,如冬天供暖、供熱水、農(nóng)有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來(lái),國(guó)際上適用于國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源,地下土壤低溫地?zé)崂玫乃礋岜眉夹g(shù)發(fā)展非常迅埋盤(pán)管(埋深<400米)的地源熱泵,用于室內(nèi)速,對(duì)地?zé)崮艿母咝ЬC合利用有極為重要的地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年意義。水源熱泵技術(shù)是一種較理想的采暖、空的統(tǒng)計(jì),家用的供熱裝置中,地源熱泵所占調(diào)方式,具有耗能少,不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),符比例，瑞士為96%，奧地利為38%,丹麥為合可持續(xù)發(fā)展的要求。27%。二、熱泵技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)占地?zé)豳Y源總量98%以上的是低溫歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家較早意識(shí)到要調(diào)整社會(huì)資源。目前對(duì)我國(guó)眾多的低溫地?zé)豳Y源還主能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題,因此熱泵在這些要中國(guó)煤化工利用總量已達(dá)國(guó)家應(yīng)用較多。許多國(guó)家采取一系列措施來(lái)到24YHCNMHG,但利用水平刺激熱泵的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì), 1998年美國(guó)商業(yè)和效率比較低,40C以下溫度段的能量利-93 -區(qū)域供熱2011.3 期用率更差。在對(duì)巨大的地溫?zé)醿?chǔ)(如淺層地液體,到熱膨脹閥C1進(jìn)行節(jié)流膨脹成低壓液溫和地下水)能量的利用方面更加缺乏創(chuàng)體進(jìn)入蒸發(fā)器D1器蒸發(fā)成低壓蒸汽,蒸發(fā)過(guò)新思路,與國(guó)外有非常大的差距。因此,非程中吸收水中的熱量QD將水冷卻。低壓制常有必要大力開(kāi)展研究開(kāi)發(fā)熱泵新技術(shù)的冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)A1壓縮成高壓氣體,工作。如此循環(huán)不已。此時(shí),供熱需要的熱水在冷凝三熱泵的工作原理器B1中獲得。熱泵的原理與制冷機(jī)完全相同，熱泵的對(duì)于供熱模式的熱泵，根據(jù)能量守恒定作用是從低溫?zé)嵩粗形?定數(shù)量的熱量,律可得到如下關(guān)系式:提高溫度后輸送到溫度較高的有限空間,達(dá)QB=QD+W到供暖的目的。熱泵分為吸收式熱泵和壓縮熱泵的效率(性能系數(shù))COP定義為:式熱泵兩大類(lèi)，吸收式熱泵是以熱量為代價(jià)COP=QB/W來(lái)實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩聪蚋邷剌斔蜔崃?。壓縮式在制冷模式時(shí)如圖2所示，高壓高溫的熱泵靠消耗電能或機(jī)械功把熱量從低溫?zé)嵩粗评鋭怏w從壓縮機(jī)A2(電能W)出來(lái)后進(jìn)向高溫輸送,它是以少量的功(轉(zhuǎn)化為熱量)人冷凝器B2,向水中排放熱量QB而冷卻成抽取環(huán)境熱量一同供給熱用戶，熱泵的性能高壓液體,并使水溫升高。到熱膨脹閥C2進(jìn)系數(shù)(COP)是產(chǎn)出的熱量與投人的電能(或行節(jié)流膨脹成低壓液體后進(jìn)入蒸發(fā)器D2蒸熱能)比。發(fā)成低壓蒸汽，同時(shí)吸收空氣或水的熱量目前我國(guó)利用較多的是水源熱泵，就是QD。低壓制冷劑蒸汽又進(jìn)人壓縮機(jī)A2壓縮以地下水作為冷熱“源體”,在冬季利用熱泵成高壓氣體,如此循環(huán)不已。此時(shí),制冷需要.吸收其熱量向建筑物供暖，在夏季熱泵將吸的冷水在蒸發(fā)器D2中獲得。與傳統(tǒng)的暖通空收到的熱量向其排放,實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物供冷。熱調(diào)系統(tǒng)相比水源熱泵系統(tǒng)只是通過(guò)與地下水泵的工作原理是利用工作流體(工作介質(zhì))在的熱交換來(lái)完成制冷或制熱的效果。通過(guò)在不同壓力溫度下的蒸發(fā)和冷凝進(jìn)行吸-放熱不同季節(jié)進(jìn)行冷凝器和蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)換，就可的過(guò)程,通過(guò)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)(電功),將熱量從低以完成制冷與制熱功能的轉(zhuǎn)換。溫環(huán)境送到高溫環(huán)境，達(dá)到制冷或制熱的目對(duì)于制冷模式的熱泵，根據(jù)能量守恒定的。如圖1及圖2所示。在供熱模式時(shí)如圖1所示，高壓高溫制冷劑氣體從壓縮機(jī)A1(電能W)壓出后進(jìn)入冷凝器B1同時(shí)排放熱量QB而冷卻成高壓COP=QD/W制冷冷水.采暖熱水D231兇) C11M12A21.B2中國(guó)煤化工|↓ 含油污水.MHCN MH G水圖1圖2-94-區(qū)域供熱2011.3 期四、熱泵的效益分析部件運(yùn)動(dòng),磨損少,平時(shí)無(wú)需檢修。(一)熱泵供熱采暖(3)因管理與勞動(dòng)強(qiáng)度均較少,可減少定熱泵特別適用于冬天供暖或供應(yīng)熱水。員從而節(jié)省工資開(kāi)支。它可分為普通型和高溫型兩種:利用電驅(qū)動(dòng)(4)鍋爐房的鍋爐風(fēng)機(jī)的耗電量也較大。的地?zé)釤岜?，前者可?-12C的地下水提升(二)熱泵供冷空調(diào)到45-50C;后者適用于將30-40C的低溫地用電驅(qū)動(dòng)制冷空調(diào)機(jī)組,1kW的冷量需熱水溫度提升到65-70C;兩者的制熱系數(shù)要花費(fèi)0.29kW的電力，用電量小于家用空COP均可達(dá)到3-4，也就是說(shuō)，花費(fèi)一份代調(diào),與傳統(tǒng)的曖通空調(diào)系統(tǒng)減少冷卻塔,并大價(jià),可以得到3--4倍的熱量。與使用常規(guī)能源大節(jié)約了電力和相應(yīng)的成本費(fèi)用。加熱獲得熱水的方式相比，無(wú)疑大大節(jié)省了五、結(jié)語(yǔ)能源，進(jìn)而也減少了因使用化石燃料燃燒的水源熱泵是高科技通向節(jié)能環(huán)保的橋過(guò)程中排放物對(duì)環(huán)境造成的污染。梁。它可以利用40C以下的低溫地?zé)岷偷陀跓岜玫慕?jīng)濟(jì)性是由多方面來(lái)確定的,熱環(huán)境溫度的地溫?zé)釒?kù)能量，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保泵供暖與燃煤、燃?xì)狻⑷加湾仩t房供暖,從燃料的效果。利用地?zé)釤岜霉┡凸崴?其運(yùn)行消耗費(fèi)用做一個(gè)簡(jiǎn)單比較，以產(chǎn)生為費(fèi)用可比用天然氣或直接用電節(jié)省30-70%。10000keal熱量所需的燃料費(fèi)我們可以得出:在夏天進(jìn)行制冷,供建筑物空調(diào)使用,可減少1.用熱泵機(jī)組:設(shè)熱泵的COP值為3.5，空 調(diào)的用電量和費(fèi)用。則耗電量為3.32kWh,若電費(fèi)平均價(jià)格為0.5從以上分析可知，水源熱泵系統(tǒng)是一種元/kWh,則電費(fèi)為:3.32x0.5元=1.66元.可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的采暖方式。不僅如此,由于2.用煤:煤低位發(fā)熱值22000kJ/kg,燃煤它使用清潔能源,由于它節(jié)能效果明顯,節(jié)能鍋爐的熱效率75%計(jì)，則所需的燃料為就是環(huán)保，在電力已進(jìn)人買(mǎi)方市場(chǎng)的條件下，2.54kg。若煤價(jià)為0.30元/kg,則費(fèi)用為:2.54在人民生活條件迅速改善的條件下,水源熱泵x0.30元=0.76元無(wú)疑將是一種受大家歡迎的采暖空調(diào)方式。3.用燃?xì)?天然氣熱值為33500kJ/Nm',燃?xì)忮仩t的熱效率90%計(jì),則所需的的燃?xì)饬繀⒖嘉墨I(xiàn)為1.39Nm'。若燃?xì)鈨r(jià)格為1.4 元/m?,則費(fèi)用為:1.39x1.4元=1.95元[1]李樹(shù)明.地下熱能的合理應(yīng)用[J]. 水務(wù)世界,4.用燃油:燃油低位發(fā)熱量:41068kJ/kg,2005,(1):41-43.燃油鍋爐的熱效率80%計(jì)，所需的油量為[2]06SS127,熱泵熱水系統(tǒng)選用與安裝[S].國(guó)家建筑1.27kg。若油價(jià)為1.2 元/kg,則費(fèi)用為:1.27x標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集.[3]CB50366- -2005. 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].1.2元=1.52元僅從燃料費(fèi)上可見(jiàn)，燃煤是最便宜的,而[4]GB/T 50265- -97,泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].燃?xì)庾钯F。但熱泵與鍋爐房供熱相比,顯然具[5]黃自勤,曲申酉,肖脊書(shū)等.熱水機(jī)組選用與安裝[S].國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集,05SS121:16-17.有運(yùn)行附加費(fèi)較小，這是因?yàn)?[6]倪龍、封家平、馬最良.地下水源熱泵的研究現(xiàn)狀(1)熱泵裝置不需要燃料輸送費(fèi)用和保和進(jìn)展[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004,23(2):26-管費(fèi)、排渣運(yùn)輸費(fèi)等;中國(guó)煤化工(2)檢修周期較長(zhǎng),因鍋爐設(shè)備與高溫?zé)焄7]刁YHCN M H G節(jié)能新技術(shù)[]. .氣接觸,構(gòu)件極易受損;而熱泵系統(tǒng)只有兩個(gè)建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004 ,23(3):18-23-95-