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文档简介
地源热泵及其对锅炉的替代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HYPERLINK"/fazhan/"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地球可用能源统计匪种类项促目只煤拍石油薪天然气鞋备注位总储量牲769若1.8肤0蹄亿目t拿105边.羡2音亿街t辅301眯00圆0熟亿遵m易3犯截携止绩9愿6裹年较1去2歼月辈可开采分量屋310吸0角亿胀t怪5捡3夹亿正t奖181初00温0俩亿剥m肢3溉估计值容已开采彻量差约启12握0匙亿俯t女约依15.岗1属3碑亿掌t袭约间510沟0动亿押m矿3串不准确织数据耗人均余描量少21均2眉(备t/均p绕)浴2.7用且(搁t/浅p级)俩129犹29变m杨3犯/p槐
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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。HYPERLINK"/"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HYPERLINK"/"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HYPERLINK"/"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HYPERLINK"/"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。
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HYPERLINK"/lishi/"历史,而且其安装和使用都很方便,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。类
毫勒此外,产冬季通穴过热泵欺把大地嗓中的热拢量升高奉温度后茶对建筑仰供热,蚁同时使厌大地中披的温度上降低,四即蓄存撒了冷量轨,可供阿夏季使列用;夏址季通过声热泵把怖建筑物坡中的热格量传输蒙给大地颂,对建祖筑物降迅温,同母时在大朽地中蓄赚存热量感以供冬佳季使用盲。这样径在地源捧热泵系声统中大捆地起到淹了蓄能场器的作遍用,进蚀一步提扯高了空透调系统淡全年的倚能源利员用效率也。但由这于受水混文地质麻的限制疗,水源企热泵的榆应用远锻不及空加气源热秆泵。爹3罢味地源热阿泵常见适形式破
寺烟地表土敢壤和水士体是一揭个巨大铸的太阳形能集热释器,收貌集殊近榨47财%药的太阳昂辐射能句量,比滚人类每恳年利用柜能量遥的著500元浙倍还多暗。地下拔的水体侨通过土啦壤间接派地接受亏太阳辐拣射能量活,而且撤是一个渣巨大的假动态能票量平衡堵系统,症地表的炉土壤和谜水体HYPERLINK"/lixue/"肆自然地袍保持能跟量接受黑和发散难相对的续均衡,肿这使得还利用储术存于其侧中的似逐乎无限库的太阳绍能(或挎称地能辫)成为颂可能,忧所以说喝地源热泛泵是利伤用可再弹生能源倦的一种削有效途叫径。希
绸扁与锅炉防(电、少燃料)混供热系泡统相比云,锅炉久供热只套能怎将旬90忠%阵以上的瓣电能右或萄7啊0框~瞧90秘%菜的燃料沿内能转凶化为热刺量,供滤用户使宰用,因泊此地源啄热泵要胃比电锅畏炉加热啦节省三科分之二奋以上的号电能,馆比燃料对锅炉节驱省二分枯之一以掉上的能辅量;由搅于地源胡热泵的虚热源温料度全年扒较为稳归定,一肉般赌为内1给0奉~展2仇5浅℃到,其制重冷、制宴热系数食可拜达姑3.司5景~面4.评4死,与传连统的空型气源热软泵相比跌,要高讯出财40榨%针左右,历其运行马费用为仆普通中慎央空调距的登5昏0们~迹6须0察%。因揪此,近谣十几年廊来,尤椅其是近组五年来剃,地源把热泵空络调系统侄在北美熄如美国猪、加拿赏大及中段、北欧峰如瑞士旺、瑞典蔑等国家背取得了吴较快的顶发展,HYPERLINK"/china/"宣中国的追地源热央泵市场将也日趋联活跃,兴可以预葵计,该木项技术毁将会成甘为榆2败1寒世纪最础有效的稻供热和滥供冷空选调技术乔。辟优
维灾地源热晓泵根据彩对低温刘热源的卸利用方夜式的不抬同,可兄以分为愤闭式系艘统和开诱式系统办两种。厅
鬼桂闭式系妄统阅械指在水赖侧为一男组闭式层循环的腥换热套拼管,该决组套管距一般水晓平或垂渠直埋于钳地下或塔地表水值域中,持通过与姨土壤或弦地表水瓶域水换皇热来实尘现能量碍转移(歌其中埋蠢于土壤掉中的系残统又称锯土壤源坝热泵,者埋于海霜水中的签系统又章称海水仅源热泵笋),见摄图饥2犁。桐
垃歇开式系铸统庆达指从地灵下抽水川或地表叫抽水后哈经过换饮热器直唉接排放杰的系统烤(地下处水热泵档系统和驴地表水捎热泵系府统一般拳又称为倒水源热瞒泵系统惭),见却图龙3命。紫
榆雷图灰4买,外图辫5筐为一国碗外品牌找热泵水品系统流币程图,倒分别表霸示出地结源热泵授夏季、删冬季运阻转时管集路切换抢情况。价图视2伯碧闭式系酒统纤图遥3欢都开式系乐统童图育4季承地源热齿泵夏季邻运转尤图鸟4专颂地源热译泵冬季白的运转她4马删地源热笔泵系统书在应用扩中存在社的问题技
惰够虽然几喇年来地鞠源热泵逗系统在辽我国得签到了发勇展,但纱是,应敲用这种浊地源热及泵系统歉也受到仆许多限遮制。萍·
割
步
愧辽使用地肝下水的逗热泵系赴统(开挺式系统禁)革
和竿这种系费统需要慕有丰富敲和稳定腐的地下就水资源倍作为先绣决条件止。因此森在决定逆采用地胞下水热钻泵系统卵之前,俯一定要预做详细骗的水文庙地质调权查,并文先打勘合测井,准以获取靠地下温夺度、地可下水深巩度、水鞭质和出侦水量等传数据。块地下水乔热泵系拥统的HYPERLINK"/Economic/"昏经济性喂与地下好水层的酒深度有辟很大的蠢关系。顺如果地寸下水位费较低,施不仅成蜂井的费娘用增加煮,运行晴中水泵练的耗电堪将大大珠降低系炸统的效详率。此梅外,虽纱然理论割上抽取肌的地下梳水将回欢灌到地循下水层馒,但目练前国内道地下水杂回灌技妇术还不誓成熟,查在很多尿地质条际件下回毛灌的速长度大大污低于抽驰水的速龟度,从仪地下抽封出来的腿水经过或换热器范后很难仿再被全踏部回灌工到含水姨层内,释造成地神下水资昌源的流达失秧。射移·
席
盘
劲握使用地军表水的使热泵系孙统(开恼式系统霜)泳
兼勒地表水橡热泵系冈统的热射源是池捏塘、湖愈泊或河济溪中的味地表水明。在靠扶近江河脏湖海等舌大体量放自然水附体的地粱方利用乐这些自酱然水体妹作为热蚊泵的低稳温热源重是值得园考虑的猛一种空意调热泵姻的型式立。当然妖,这种学地表水株热泵系母统也受牺到自然挂条件的痰限制。小此外,舟由于地许表水温匪度受气壮候的HYPERLINK"/"栽影响较疯大,与掏空气源椒热泵类港似,当霉环境温老度越低势时热泵辈的供热扔量越小腿,而且棚热泵的尾性能系俭数也会驾降低。陈一定的涂地表水搞体能够劣承担的恩冷热负跌荷与其至面积、泡深度和抗温度等邪多种因字数有关伪,需要宿根据具蚁体情况安进行HYPERLINK"/pc/"例计算。暑这种热锣泵的换访热对水箩体中生屯态环境劳的影响吸有时也市需要预暖先加以保考虑尚。时芹·
堤
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绳胃使用土妈壤热源问热泵(微闭式系翼统)蜻
沟氏土壤埋妹管式热谦泵系统锁在冬季脸供热过对程中,诉栽热介原质从地鸟下收集拾热量,半再通过仰系统把糠热量带性到室内炉。夏季贤制冷时煤系统逆担向运行想,即从热室内带捏走热量啊,再通努过系统里将热量赵送到地比下岩土拾中。因知此,土溉壤埋管延式热泵态系统保虑持了地颠下水热居泵利用卸大地作羊为冷热恳源的优什点,同痛时又不宰需要抽统取地下或水作为艰传热的薪介质。联它是一巧种可持喜续发展蹈的建筑炒节能新肤技术。累但这种穿地源热孤泵系统韵对土壤崖换热器津的材质造及地质弯结构的隔要求比娇较高,葡同时埋蓄设换热豪器需要炮较大的定场地,置系统投严资也较颈其它方闸式要高锈,所以率这种系钳统一般禁应用于沈面积比是较小的忘居住类贞单体建歌筑,在婶大型工沉程中应索用相对壳困难。置
刻高在国外阻,地源择热泵的节主要研呆究和应允用对象溪还是土科壤源热毯泵系统终,国内轧理论研葡究和实拢验研究尘的重点胖也是如蛙此。然霞而,土超壤源热馋泵系统读远比地浊下水热徒泵系统旋和地表突水热泵内系统复垦杂,一退次投资阳相对较童高斩5考中地源热涂泵对锅闷炉的替姻代葱5.1起恰地源热吼泵对锅督炉替代乖的可行铸性超
否门北方(雹如北京曾、天津费等)一膨些大中画型城市亏政府出警于减少挂污染,费保护环焦境的目浪的,相炊继出台俗了进行蓬燃煤锅然炉改造盛的政策室。地源始热泵由恶于具有杆一体解鄙决供冷薪、供暖另、洁净么、环保婶节能和询运行稳厦定可靠考的优点蝇,运行肠费用仅决与燃煤约锅炉相泳当,远怨远低于晴一般燃胀气、燃款油锅炉英和溴化哪锂吸收免机组,棕成为燃在煤锅炉穗替代的驻一个很址好的选膛择,在阻旧有锅钩炉供暖社系统改茅造中受奴到人们携的青睐醒。烘表迷2请为几种孝供热方现式的对纵比腔。角
愁表雪2各沸几种供遍热方式陪对比屡供热方爸式备一次能恨效武率袜E焦存在HYPERLINK"/"蚀问题州电热玩0.3歼3位效率低误、不HYPERLINK"/Economic/"厅经济冻燃煤锅肉炉袖0.6张污染、桃效率低倒燃油(宗气)锅忌炉抖0.8缴污染、崭不安全扛太阳能甚/烈成本高葱、可靠丹性差、凡热值低如风冷热翻泵(电泽动)忍0.9册9青可靠性描差、成堡本高骂地热直棉供职/绩利用率愁、浪费锯地源热蓬泵矩>1.矿3泄
纸
持亦在旧有洽锅炉供省暖系统胡改造计阳划中,笔人们非优常希望涝新采用怀的地源爽热泵机谋组能够筑最好直蹦接取代墓锅炉,立仍利用钉暖气片歪热水式棒循环进目行供暖惑,这样朽涉及到罚的采暖偷改造就帖仅仅是垦锅炉房巾内的改亡造,旧瘦有的室给内暖气未片供暖雅系统不订做丝毫勒改变,姻这将会伸大大降已低改造顷工程量戏和改造驰费用。铸
蔽今然而这稳种采用老地源热纸泵直接抛替代锅杠炉在实于际工程HYPERLINK"/"精应用中肚是有以贱下条件池限制的灿:闲·
喝
宪
梁记旧有的琴暖气系粪统的勺供垮/畅回水温倒度一般漆是诞90/地7肃5哭℃伤呼这要求患替代用甩的高温缴热泵的贯出水温路度要尽葬可能与俯其保持迫一致或梨相近,裁事实上剩地源热园泵的安峰全出水岭温度达挽不到这挺一点,烈即使采续用高温鹊冷后媒缴R13镜4a顾最,其安映全经济基的出水忍温度也米仅腿在令5毯5废℃揉~璃70期仔℃迟之间,跪因此需骆要加大闹热水流聚量来补瓜偿传热粘温差的弦减小。役·
促
稍
仁税旧有的炸暖气系耗统必须饼是相对径较新的午暖气系索统,结烂垢较少阻才能保泼证传热弯效果好蒜。共·
则
东
束睬旧有的坐暖气系蔬统必须谱是两管蛛制系统铺,保证困各房间混供暖一疼致,避专免单管背系统尾丧部暖气利片供水与温度过息低。厨·
鸽
户
袍跪加大供温水量是筒受到一威定限制沙的,必添须保证贱系统的修水力条苗件在可奸行的范育围内,扁避免由付于水量侄过大造塞成的系混统水力念失调,弓导致暖脑气系统计噪音和君振动增莲大。量
捷烫只有满青足以上忧条件,苍采用高辟温水源露热泵机狸组直接常替代锅究炉进行松操作才秘是可行聪的,否权则室内棋暖气系茶统必须牺加以改晃造,可浅以通过常加大暖润气面积彻、改为刑双管制船增大供题水管路步实现。侦当然,匪也可以毅将暖气酿系统改授造为中傻央空调盗末端系证统,同菌时解决邮夏天供参冷需要用。遭5.2洁治热泵机饼组的供狱水温度短问题泊
读丸热泵机鸦组的热捞水供水杯温度由贡于受到狗制冷剂费、润滑考油和压奋缩机的骆工作范耍围(包邀括排气哪温度、污排气压押力、回肾气温度及和回气乘压力)移的限制仪,其温食度不可今能太高刮。抱
绞役高温型零的水源蓝热泵机饶组通常彩选干用篇R13豪4弄a泳作制冷砌剂,在肚同样的本饱和温墓度下慰,罩R13颗4移a圾比筒R2附2义有更低赵的饱和喂压力,晕这也就户意味着沙在压缩包机和换陕热器中柱同样的回设计压犬力,可帐以确保堆采窗用少R13滚4非a尽的机组阵有更高执的冷凝稿温度,探可以向荐更高温动度的热许水里排构放冷凝链热,比仇起采根用料R2俯2仔制冷剂恐的热泵呀机组,训出水温粱度可以绩得到一榆定的提裳高,但阶其对应另的冷凝酱温度和廉蒸发温蓄度还是桐有限制研的。膨
岂R1影34a弟竖又名四耳氟乙烷辈,分子匀式衰为冰C菠2哈H啊2棒F饺4浆喘,分子雁量衣102赏.芬0口,标准点沸市点爪-26许.养2船℃升,凝固汽温矛度棉-10懒1.虽1笋℃墨,扑吃临界温挣度之101驳.缝1烧℃拢,致篮临界压骆力相4.0桨6MP课a戚,躲OD辈P=0经娘,轿GWP永=13天0驻0模。同样至的冷凝立压墨力判20b科a忧r栏,行R13歼4屿a忌机组的俘冷凝温绣度薪达芬67.粱5晕℃恭,圾贵而训R2读2猾机组的籍冷凝温盐度只乘有灭51.挡5粉℃搬。然而必,刮R13烘4圾a霜制冷剂恒单位容稍积制冷吹量煎比您R2胡2谊约老低栏30%袜岔,也就俗意味着碍同样的跟机组采者用荐R13抢4狗a电,制冷仁剂制冷共量要比效采喜用洽R2狐2勺制冷剂蔽的机组滋制冷量岸低缺2潜5喜~亦30慌%宁,另外块,采凤用景R13弯4绒a因作制冷悲剂,由耐于超R13它4工a兄与矿物畅油的互哈溶性比折较差,敏需要采构用聚酯视类油作张润滑油脾,才有部较好的冈互溶性张,这种梦润滑油束就是通门常所说焦的蔽PO锻E绍油,然侨而侵PO槽E杨有一个黑显著的祥特性:精粘性系猪数随温俘度的升雨高显著蔬降低,闲例如铺:愤Mob叫il围EAL鼻22浴系在活4单0吓℃堵雁时粘性丧系数可历达偶23c痕S园t队,当温看度达剪到渗10捐0翠℃生苦时粘性灿系数降死低种到吼4.7粗cS耕t激,粘性租系数的懒降低会刊导致其井润滑性姓能显著品降低,右也就是驱说当压浪缩机的陵排气温山度太高拣时,润辱滑油的辛润滑性疯能变差蜜,不能伤保证压汤缩机的览充分润末滑。始
顶无各压缩兰机生产抗厂家对夫压缩机士的工作能范围都休有一个酬限定,外规定压缴缩机的旨排气温狸度和排处气饱和盘温度(爬近似为跌冷凝温登度)如侨:株Co玩pel徒an购d脂规定其灯排气温体度最高周上限梨为稠11敌0倦℃储,排气叠饱和温它度为:烫涡旋压倚缩悟机乘60解蔬℃竞,全封霜活塞压窜缩机陕为影6效0家℃色,半封兼活塞压秩缩机烂为到6名0烧℃洽,凝唐最先进绪的焰Dic暮u橡s担压缩机光也啦为差60漏筑℃究。岛Bit季ze翻r择规定其阴排气温既度为:极半封活登塞和螺恩杆压缩小机的安昏全排气卫饱和温负度刺为切7区0拣℃吓,采用隆喷液冷偏却的压废缩机安敲全排气穗饱和温浙度慢为仪7俗5跳℃渴,即使拾采用机驶外油冷欧却+喷涨液冷却温的开启亭式压缩堵机的安剖全排气嫂饱和温复度遮为委80遮嘉℃脆,当然泽,此时煮经济性小效率已茧经很差迅了。净
意土为朵Car纤ri疤e口和题Tra绸n芝e脾提供压泊缩机邀的限Car值lyl贱e烤的牛06D涨/悠E劳压缩机驴的安全殖排气温烟度错10寺5马℃裤,愁改安全的卖排气温类度与排德气饱和丽温度温股差手为脚30淡阁℃湾,即安廊全排气冒饱和温垒度只不韵过库7筐5反℃哲,专业巴制造专剧用压缩折机以的招Fra南sCo卷l惠d腐的压缩猜机在这遭方面也脱没有什昆么突破粒。厦
衣英综观以技上著名燃压缩机壳厂家的山压缩机计,安全往经济的塘排气饱的和温度侵最高也外就瘦在辟7毒5星℃骑,就算右假定系袋统设计雨效率非燥常高,患排气没亭有压力天损失(尽一般要畏有火1睛℃卷的压力戚损失)毫,最大拐的冷凝塘器的冷苍凝压力末也只能聚达痰到兼75累榴℃侮滋,要保鲜持一个恢经济的走冷凝器雀大小,贺一般冷何凝器中黎冷却液该体(热坚水)与处制冷剂贴冷凝温亦度保持已约呆5呀℃穴脆的传热敲温差,蜘所以热娇水温度坝最高也逼就暮在敏7
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