地源热泵及其对锅炉的替代摘要

地源热泵及其对锅炉的替代摘要：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。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。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（AirSourceHeatPump，ASHP）和地源热泵（GroundSourceHeatPump，GSHP）两大类。钟空气源热泵间鸡利用空气作纳冷热源的热计泵，称之为倾空气源热泵赚。在供热工渗况下将室外渣空气作为低旗温热源，从蠢室外空气中筋吸收热量，串经热泵提高明温度送入室床内供暖。空耗气源热泵有东着悠久的邪历史膝，而且其安衬装和使用都陵很方便，应呀用较广泛。税空气源热泵爸的主要缺点扣是在夏季高隆温和冬季寒还冷天气时热厘泵的效率大腾大降低。而救且，其制热尾量随室外空扇气温度降低烈而减少，这合与建筑热负饮荷需求趋势角正好相反。葵此外，在供驰热工况下空数气源热泵的愿蒸发器上会贴结霜，需要袋定期除霜，束这也消耗大铲量的能量。尿在寒冷地区钱和高湿度地揉区热泵蒸发马器的结霜可床成为较大的芦技术障碍。收在夏季高温拾天气，由于胞其制冷量随觉室外空气温斯度升高而降竖低，同样可朱能导致系统冈不能正常工眉作。帜空气源热泵艇不适用于寒础冷地区，在惩我国典型应福用范围是长徒江以南地区此。在华北地丑区，冬季平蔑均气温低于您零摄氏度，校空气源热泵匀不仅运行条摘件恶劣，稳喜定性差，而元且因为存在尾结霜问题，冤效率低下。导地源热泵竹利用大地（懒土壤、地表岁水、地下水厘）作为热源诚的热泵，称蚕之为“地源溪热泵”。由歌于较深的地贱层中在未受子干扰的情况辜下常年保持筋恒定的温度构，远高于冬俗季的室外温光度，又低于裙夏季的室外撑温度，因此贿地源热泵可那克服空气源罩热泵的技术钉障碍，且效态率大大提高础。丑此外，冬季讲通过热泵把铅大地中的热找量升高温度典后对建筑供负热，同时使针大地中的温下度降低，即啦蓄存了冷量流，可供夏季仇使用；夏季页通过热泵把福建筑物中的困热量传输给陡大地，对建博筑物降温，箩同时在大地卡中蓄存热量械以供冬季使映用。这样在裹地源热泵系朴统中大地起期到了蓄能器全的作用，进照一步提高了站空调系统全尾年的能源利跟用效率。但店由于受水文仆地质的限制荒，水源热泵司的应用远不呼及空气源热除泵。温3地源热拨泵常见形式收地表土壤和唐水体是一个唤巨大的太阳节能集热器，桥收集近47柔%的太阳辐容射能量，比间人类每年利共用能量的5徒00倍还狐多。地下的枝水体通过土遇壤间接地接扔受太阳辐射报能量，而且兼是一个巨大播的动态能量啊平衡系统，批地表的土壤扭和水体肿自然船地保持能量仔接受和发散额相对的均衡雁，这使得利唯用储存于其缎中的似乎无群限的太阳能旨（或称地能午）成为可能射，所以说地情源热泵是利喘用可再生能重源的一种有便效途径。尿与锅炉（电膊、燃料）供案热系统相比涌，锅炉供热辞只能将90博%以上的电比能或70～蜡90%的燃墨料内能转化嚼为热量，供仿用户使用，陵因此地源热纸泵要比电锅难炉加热节省研三分之二以畅上的电能，诚比燃料锅炉肆节省二分之暗一以上的能壤量；由于地蔑源热泵的热竟源温度全年通较为稳定，讽一般为10冬～25铸℃叛，其制冷、草制热系数可钓达3.5～悠4.4，与场传统的空气完源热泵相比助，要高出4遥0%左右，撇其运行费用蠢为普通中央明空调的50轻～60％。救因此，近十姓几年来，尤铅其是近五年堵来，地源热尼泵空调系统根在北美如美店国、加拿大糟及中、北欧薪如瑞士、瑞巷典等国家取份得了较快的日发展，榨中国慧的地源热泵讽市场也日趋芦活跃，可以馆预计，该项抚技术将会成魄为21世纪丰最有效的供扫热和供冷空恶调技术。锹地源热泵根唯据对低温热课源的利用方防式的不同，奥可以分为闭滚式系统和开霞式系统两种窗。逮闭式系统诞指在水侧为括一组闭式循婶环的换热套朽管，该组套芝管一般水平载或垂直埋于耻地下或地表杨水域中，通浑过与土壤或于地表水域水欠换热来实现屡能量转移（院其中埋于土租壤中的系统替又称土壤源侦热泵，埋于摧海水中的系观统又称海水腰源热泵），舟见图2。惯开式系统惨指从地下抽著水或地表抽孝水后经过换切热器直接排融放的系统（个地下水热泵龙系统和地表玻水热泵系统液一般又称为炮水源热泵系政统），见图弊3。气图4，图5攻为一国外品话牌热泵水系休统流程图，格分别表示出另地源热泵夏稻季、冬季运植转时管路切吐换情况。打4地源热备泵系统在应容用中存在的钻问题呀虽然几年来兆地源热泵系完统在我国得声到了发展，持但是，应用萝这种地源热搅泵系统也受定到许多限制位。熄使用地下水向的热泵系统陵（开式系统甚）笑这种系统需岭要有丰富和脂稳定的地下快水资源作为滴先决条件。近因此在决定烦采用地下水贿热泵系统之翁前，一定要羡做详细的水档文地质调查钳，并先打勘齿测井，以获散取地下温度劫、地下水深席度、水质和傲出水量等数轻据。地下水烘热泵系统的需经济泛性与地下水直层的深度有满很大的关系桂。如果地下要水位较低，面不仅成井的葱费用增加，枣运行中水泵防的耗电将大烈大降低系统稍的效率。此佳外，虽然理尚论上抽取的碎地下水将回湿灌到地下水锤层，但目前恨国内地下水于回灌技术还弟不成熟，在各很多地质条币件下回灌的会速度大大低厦于抽水的速驼度，从地下响抽出来的水棚经过换热器纸后很难再被道全部回灌到等含水层内，莫造成地下水恩资源的流失萌。罪使用地表水珠的热泵系统稀（开式系统销）距地表水热泵彩系统的热源它是池塘、湖吉泊或河溪中着的地表水。迷在靠近江河脚湖海等大体负量自然水体评的地方利用推这些自然水忘体作为热泵很的低温热源悉是值得考虑祸的一种空调乱热泵的型式锁。当然，这索种地表水热田泵系统也受议到自然条件哗的限制。此第外，由于地洽表水温度受霉气候的伞影响送较大，与空蚀气源热泵类菠似，当环境原温度越低时艘热泵的供热燃量越小，而硬且热泵的性淡能系数也会弯降低。一定认的地表水体浪能够承担的慎冷热负荷与米其面积、深焦度和温度等叛多种因数有考关，需要根罪据具体情况南进行洽计算源。这种热泵抱的换热对水疏体中生态环凤境的影响有省时也需要预舍先加以考虑个。击使用土壤热快源热泵（闭绑式系统）脸土壤埋管式遥热泵系统在识冬季供热过饶程中，栽热拨介质从地下帮收集热量，评再通过系统旋把热量带到朴室内。夏季关制冷时系统忙逆向运行，邀即从室内带殃走热量，再绳通过系统将基热量送到地妙下岩土中。斤因此，土壤军埋管式热泵伍系统保持了蛮地下水热泵苍利用大地作未为冷热源的沫优点，同时斯又不需要抽行取地下水作感为传热的介辈质。它是一接种可持续发头展的建筑节砌能新技术。凡但这种地源苗热泵系统对溪土壤换热器烘的材质及地欣质结构的要苏求比较高，挺同时埋设换广热器需要较净大的场地，族系统投资也三较其它方式撒要高，所以丢这种系统一拖般应用于面浓积比较小的葬居住类单体确建筑，在大反型工程中应满用相对困难葬。懂在国外，地麦源热泵的主恭要研究和应旬用对象还是敏土壤源热泵仗系统，国内蔑理论研究和绳实验研究的造重点也是如蜡此。然而，财土壤源热泵坏系统远比地陶下水热泵系晕统和地表水应热泵系统复花杂，一次投锁资相对较高业。笋5地源热室泵对锅炉的死替代装5.1地当源热泵对锅蜘炉替代的可妄行性返北方（如北荡京、天津等由）一些大中键型城市政府粮出于减少污出染，保护环斩境的目的，伏相继出台了冠进行燃煤锅吉炉改造的政塘策。地源热考泵由于具有王一体解决供升冷、供暖、妥洁净、环保孤节能和运行钓稳定可靠的窃优点，运行胞费用仅与燃贵煤锅炉相当狸，远远低于赵一般燃气、嘉燃油锅炉和馒溴化锂吸收丰机组，成为回燃煤锅炉替松代的一个很饺好的选择，蚁在旧有锅炉消供暖系统改浓造中受到人味们的青睐。狗表2为几种图供热方式的枝对比。保在旧有锅炉肝供暖系统改奇造计划中，社人们非常希柔望新采用的悠地源热泵机怠组能够最好病直接取代锅礼炉，仍利用末暖气片热水叙式循环进行前供暖，这样社涉及到的采烘暖改造就仅网仅是锅炉房蚕内的改造，寇旧有的室内闹暖气片供暖闲系统不做丝蝴毫改变，这肤将会大大降煌低改造工程街量和改造费劲用。柏然而这种采嫂用地源热泵成直接替代锅告炉在实际工报程行应用抽中是有以下必条件限制的宜：蛙旧有的暖气之系统的供/纺回水温度一前般是90/求75篇℃编潮这要求替代刻用的高温热既泵的出水温篇度要尽可能慰与其保持一韵致或相近，败事实上地源拉热泵的安全兵出水温度达下不到这一点判，即使采用消高温冷媒R也134a猾，其安全经戒济的出水温懂度也仅在5故5汽℃碰～70尘油℃伍之间，因此牺需要加大热烫水流量来补势偿传热温差色的减小。帆旧有的暖气蚂系统必须是贷相对较新的沾暖气系统，充结垢较少才齿能保证传热慌效果好。祥旧有的暖气仪系统必须是础两管制系统忧，保证各房迟间供暖一致腥，避免单管个系统尾部暖萝气片供水温换度过低。留加大供水量交是受到一定柔限制的，必守须保证系统抚的水力条件礼在可行的范呢围内，避免纪由于水量过统大造成的系咳统水力失调等，导致暖气躁系统噪音和坑振动增大。锤妖只有满足以虏上条件，采初用高温水源隐热泵机组直迫接替代锅炉记进行操作才串是可行的，丙否则室内暖黎气系统必须纤加以改造，确可以通过加争大暖气面积葛、改为双管食制增大供水路管路实现。尝当然，也可袜以将暖气系蹈统改造为中沿央空调末端题系统，同时师解决夏天供婚冷需要。表5.2热戏泵机组的供青水温度问题啊热泵机组的锣热水供水温欧度由于受到惜制冷剂、润吩滑油和压缩引机的工作范府围（包括排破气温度、排快气压力、回沙气温度和回层气压力）的街限制，其温曲度不可能太岛高。搂高温型的水苍源热泵机组滩通常选用R拥134a作崖制冷剂，在曲同样的饱和狗温度下，R桐134a比钢R22有更抗低的饱和压壶力，这也就涝意味着在压疫缩机和换热铲器中同样的他设计压力，寄可以确保采装用R134荣a的机组有冷更高的冷凝矮温度，可以跑向更高温度税的热水里排市放冷凝热，鹊比起采用R忧22制冷剂呆的热泵机组忠，出水温度梅可以得到一脊定的提高，孝但其对应的梨冷凝温度和与蒸发温度还异是有限制的孤。完R134a居又名四氟泛乙烷，分子瓜式为C拔2沫H论2辣F屡4猜，分子量幸102.0垮，标准沸点纹-26.2贱℃绞，凝固温度垂-101.辆1拢℃独，临界温购度101.外1愿℃怒，临界压妹力4.06锦MPa，持ODP=0驳，GWP闹=1300蔽。同样的冷物凝压力20嗓bar，R辈134a机亿组的冷凝温内度达67.达5扣℃倾，而R2景2机组的冷削凝温度只有兴51.5猫℃禁。然而，R膏134a制椒冷剂单位容残积制冷量比毛R22约低鄙30%，瞎也就意味着毅同样的机组洗采用R13找4a，制冷陆剂制冷量要方比采用R2猛2制冷剂的种机组制冷量妹低25～3冠0%，另外殿，采用R1腥34a作制殖冷剂，由于逐R134a嗽与矿物油的喇互溶性比较葛差，需要采怨用聚酯类油辉作润滑油，虾才有较好的灯互溶性，这挠种润滑油就烂是通常所说溜的POE油慕，然而PO倍E有一个显艳著的特性：句粘性系数随础温度的升高顷显著降低，务例如：Mo直bil辨EAL2阀2在40帆℃耐振时粘性系数斜可达23c浙St，当温垒度达到10呜0句℃朱桑时粘性系数败降低到4.绿7cSt，么粘性系数的苍降低会导致气其润滑性能伟显著降低，驼也就是说当羞压缩机的排素气温度太高倘时，润滑油属的润滑性能弦变差，不能你保证压缩机假的充分润滑查。酱各压缩机生串产厂家对压旅缩机的工作唐范围都有一胸个限定，规在定压缩机的迈排气温度和殖排气饱和温扣度（近似为群冷凝温度）戒如：盖Copel易and规定疲其排气温度顶最高上限为岛110喊℃网，排气饱和痒温度为：涡效旋压缩机6概0见℃耀，全封活塞自压缩机为6脸0蛮℃创，半封活塞湖压缩机为6信0沟℃间，最先进遣的Dicu富s压缩机也耀为60情℃塘。障Bitze糠r规定其排妥气温度为：汁半封活塞和辉螺杆压缩机踏的安全排气庆饱和温度为命70智℃黄，采用喷液烧冷却的压缩冰机安全排气汪饱和温度为强75稍℃骆，即使采用鬼机外油冷却来＋喷液冷却作的开启式压姓缩机的安全停排气饱和温巩度为80采℃印，当然，此满时经济性效知率已经很差驴了。默为Carr普ie和Tr狸ane提供舱压缩机的C候arlyl碑e的06D傻/E压缩机善的安全排气张温度105派℃弹，安全的誉排气温度与即排气饱和温它度温差为3乏0荐℃沫，即安全排胁气饱和温度榴只不过75泰℃饥，专业制造疼专用压缩机记的Fras派Cold的倒压缩机在这草方面也没有牲什么突破。认综观以上著壶名压缩机厂顾家的压缩机刺，安全经济远的排气饱和恢温度最高也宰就在75疗℃粱，就算假定翻系统设计效道率非常高，舰排气没有压刃力损失（一任般要有1熟℃捕的压力损失贝），最大的文冷凝器的冷蛾凝压力也只饮能达到75骑步℃里硬，要保持一秆个经济的冷这凝