发现代暖通空调-zhongjiban

现代暖通空调技术论文姓名：王汉斌学号：20121713141组别：第3小组学院：城环学院一：热泵与锅炉的对比分析：热泵与锅炉的性能对比分析：热泵既可制冷，又可供暖，而锅炉只能用来供暖；热泵机组运行稳定，可靠，使用寿命高，智能化控制，自主程度高；制冷，供暖时间灵活，可根据室内外空气温度，自行供热，管线短，热损失小，而锅炉管线长，热损大，无法根据室内外温度自行控制制热，供暖时间不灵活；热泵高效环保，绿色节能，而燃煤锅炉效率低，排放有害气体，烟尘；热泵无需设置锅炉房，节约土地，可产生附加经济效益；热泵产品的推广，可以解决用户每年需要交高昂的采暖费、降低采暖费的收取，解决了每年因燃煤上涨给国家、政府、社会带来的不必要的涨价争议能源消耗对比分析：热泵与锅炉都是提供热能的装置，但是不论是从提供热能的方式上还是热能的利用效率和原理上都有着本质性的区别。热泵利用低品位能转换为可以为人们所利用的高品位能，虽然在这种转换过程中需要消耗一定的高位能，但是所消耗的高位能并没有白白浪费，而是也转换成可以被人们利用的优质能，而且热泵在使用过程中没有任何污染物。锅炉是将一种高品位的能转化为另一种高品位的能，（锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转化为热量）从而为人们所使用，在这个过程中因转换能而消耗的高品位能并没有完全被有效利用，部分会因为热损失等一些原因而丧失，同时排出污染物。因此，从能源利用的角度来说，热泵对能源的利用更高效。从节能的角度来看，很显然热泵是节能的，而锅炉是耗能的。此外，热泵不仅可以制热，也可以达到制冷的目的，热泵将环境中的热量“抽”出去，环境的温度就会降低，人们可以利用热泵的这个特点实现制冷的目的，而锅炉并不具备这种功能，锅炉仅仅能够提供热能。所以，在供热和制冷方面，热泵具有比锅炉更加优越的性能和能源利用效率。原理区别与分析：1、空气源热泵工作原理

冬天热泵是以制冷剂为热媒，在空气中吸收热能（在蒸发器中间接换热），经压缩机将低温位的热能提升为高温位热能，加热系统循环水（在冷凝器中间接换热）；的水在夏季会产生1～2℃的温升,冬季会有同样幅度的温降,在不利条件下使水温变得更加不利。闭式的取水能耗更低。水源的问题主要集中在水温和水质两个方面水温方面,机组的自保护功能限制了进水温度,温度较低的情况下，可以先通过其他方法提高温度后再进人机组；取水温差不宜过大,防止破坏生态环境。排水口的位置要选择得当,避免“水短路”的情况发生。水质方面,结垢、腐蚀和生物污泥是三大主要问题。水源的水质不同,引起三大问题的严重程度也不同。对于水质不好的水源,在进入系统前要进行处理,以减少结垢、腐蚀和生物污泥的危害,同时要注意处理的方法,防止产生二次污染。综上所述,采用地表水水源热泵首先注意当地气候条件及水量、水质、水温等综合条件。总体来讲：夏热冬冷地区应优先考虑，如长江流域;夏热冬暖地区,从系统能耗角度出发,应用地表水源热泵的优势不明显,如珠江流域;寒冷地区的海河流域夏季水温与气温差距小,而且严重缺水,也不太适合地表水水源热泵；严寒地区,如东北三省的松花江流域虽然水量丰富,但由于夏季负荷不大,冬季水温过低,使用地表水源热泵能效不高。三：土壤源热泵系统与其推广所面临的技术难题和解决办法优点：1、利用可再生能源，属于可再生清洁能源的可持续利用。2、机组运行稳定、高效节能，运行费用低。3、环境效益、节能效益显著。4、节水省地，产生附加经济效益。按埋管形式分为：水平式、垂直式对于垂直式埋管系统:其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大按管道布置方式分为：串联、并联串联系统管径大，管道费用高，并且长度压降特性限制了系统能力；并联系统管径小，管道费用低，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力；但不论是串联系统换是并联系统，都要满足：1：管道要达到足够保持最小输送功率的要求2：管道要小到足够使管道内保持紊流。推广地源热泵技术要“因地制宜”：气候、用地、冷热负荷平衡等方面综合考虑地源热泵的要务是地热换热器：影响换热的因素多，计算方法复杂；施工技术要求较高，管件及配件特殊应对措施：准确设计专业人员设计，借助软件、仪器；精心施工培养专业安装队伍，开发专用零配件作为一项横跨土壤环境学、钻探、热质交换、制冷供暖、材料学等多学科的新技术，其关键技术的突破需要多学科的技术人员跨学科相互合作。（1）埋地换热器传热模型的研究埋地换热器传热模型的主要目的是建立热泵运行期间土壤温度场的分布，目前主要的基础理论是线源理论、BNL修正的线源理论，基于此，相继发展了著名的V.C.Mei、IGSHPA、NWWA埋地换热器传热模型。（2）回填材料的研发早期的传热模型都是忽略回填土的影响，80年代后期在实验中发现，回填土的性能对埋地换热器换热的影响不能忽略。1999年Kavabaugh对回填土的性能进行了测试，发现一种添加粘合剂的砂土比传统使用的高密度泥土作回填土导热性能高3～4倍。（3）土壤源热泵系统的合理配置目前运行的土壤热源热泵系统普遍存在一个问题——系统的配置不合理。因此我们应加大对热泵机组各部分参数之间匹配问题的研究，以建立适合工程应用的动态数学模型，提供与埋地换热器运行参数关联的土壤热源热泵系统的动态仿真模型，模拟各种环境条件下土壤热源热泵机组的工作特性。（4）土壤热物性的研究土壤的热物性决定了土壤的蓄热性能及土壤温度场的分布，进一步决定了土壤热源热泵系统的效率高低、埋地换热器的尺寸大小。由于土壤质地、土壤潮湿程度、土壤透气性，在不同的国家、不同的地区、不同的城市、甚至是同一城市的不同的片区是互不相同，造成了土壤热物性的随机性和不确定性。加之目前我国尚缺乏详细的城市土壤地质实测数据，这些均给我国土壤热源热泵的应用和推广造成了很大的困难。此外，土壤源热泵系统的成功应用还与政府政策引导、地下管井的设计与施工、地质探测技术、地下水水质处理技术、地下水的回罐技术等分不开的。总之，土壤源热泵系统是一个整体设计，需要从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面来共同参与。（5）与桩基础相结合的土壤源热泵系统将换热盘管设置在基础垫层的外围，不会影响基础垫层的受力基础，也就不会影响结构的受力体系。优点：1）节省地埋管换热器的钻孔费用与埋管费（这两项费用占整个系统费用的50%以上）2）节省地埋管换热器的占地面积3）由于桩基础的间距比较大，U型换热管的相互热影响几乎为零缺点：1）埋管深度收桩基深度的限制，只能承担部分符合2）桩基础的沉降是桩埋管系统不可避免的问题（6）如何缓解土壤源热泵系统的热不平衡问题：优化设计以减少空调系统冬夏累计负荷差异：1）减少地埋管换热器群的密集度：增大埋管间距2）减少地埋管换热器单位深度承担的设计负荷：设置系统调峰，利用热泵机组的热回收技术，夏季减少排热量，冬季增加吸热量，并可提供部分生活热水3）依靠复合式系统的调节管理保证系统长期稳定运行：北方地区，冬季辅助锅炉，太阳能集热器来平衡地埋管换热器多向土壤中吸收的热量；南方地区，夏季辅助冷却塔散热器，平衡地埋管换热器多向土壤排放的热量。（7）土壤中水分的含量对埋管系统的影响在供热工况下，地埋管换热器的入口温度低于0℃时，换热器周围的含湿土壤就有可能被冻结，而水分在冻结的时候会释放出大量潜热，因此，在吸收同等数量的热量的情况下土壤降低的温度幅度小，水分越多，释放的潜热越多，温度降低的幅度越小，对热泵的供热工况的运行越有利。四：哈尔滨、北京、重庆、广州四个城市关于空气源、水源土壤热泵的适宜性的讨论北京：由于室外空气温度的限制，以及地表水资源的限制，空气源热泵与地表水源热泵在北京均不适合。而从上图可以看出，北京（寒冷地区）全年累计冷热负荷近似相等。北京地区土壤主要为冲积层，以棕黄、灰黄色泥质砂砾石为主。北京地区建筑产生的热堆积现象，由于土壤初始温度较低，因此土壤少量的热堆积对机组PER影响不大，因此北京采用地埋管地源热泵可以保持较高的效率运行。哈尔滨：哈尔滨地处中国东北北部地区，属于严寒地区，冬季漫长寒冷，而夏季则显得短暂凉爽。一般是冬季采暖，而夏季不需要制冷，而且采暖季较长。综合分析来看，空气源热泵与地表水源热泵，不适合在在哈尔滨采用；对于土壤源热泵，由于冬季热负荷要远大于夏季的冷负荷，会造成土壤的冷热负荷不平衡，故也不宜单独采用。但可以采用土壤源热泵与其他辅助热源联合使用，如太阳能广州：广州年平均气温21.9℃。以7月份的平均气温最高，为32.8℃，1月份虽然气温较低，但月平均气温仍在10℃以上。我们在选择热泵形式的时候，要充分考虑到这个地区的地形限制及气候条件所带来的优势。以空气源热泵为例：风冷式制冷机一般置于高层建筑的裙楼屋顶或多层建筑的屋顶，这样就节省了在建筑物内因设置了制冷机房而多占用的面积。珠江流域,这一地区城市最热月平均气温在28左右,珠江年平均水温在17.5~22.9之间,但夏季的某些时段的水温高于32,若取水水泵的能耗过大,与传统冷却塔系统相比,系统能耗反而过大,不能体现地表水水源热泵节能的优势,要限制采用。同时,该地区一般只考虑夏季供冷,属单工况运行,与全年运行工况相比,节能率不高。因此对广州来说，空气源热泵是既经济又合理的热泵形式重庆：1：重庆市气候特征分析重庆市年平均气温16-18℃，最热月份平均气26-29℃，最冷月平均气温4－8℃。重庆市年平均相对湿度多在70％－80％，在全国属高湿区。2.重庆市水资源状况分析（1）水量：重庆市位于两江交汇处，长江、嘉陵江横贯整个重庆主城区，水资源丰富。（2）水质：水质检测中，除浊度一项以外，其余各项都满足水源热泵机组对于水源水质的要求。（3）水温：夏季流动水体垂直水温稳定在23.5℃~24℃之间，冬季稳定在14℃~15℃之间。根据美国制冷协会ARI320标准，这一温度范围满足水源热泵进水温度的要求。3.重庆市土壤特性分析：重庆地层以砂、泥岩为主，导热系数在2.0-3.8之间，热物性很好。4.重庆市污水情况分析：据资料介绍，重庆市每天排放废污水高达70万吨，主城９区废污水每年排放4.58亿吨，其中生活排污每年排放2.67亿。综合以上分析可知，空气源、水源、土壤源热泵在重庆市都可以有效利用。但是重庆市在夏季的湿度较大，平均气温比较高，空气源热泵的制冷性能会有所降低；另外重庆市全年制冷所排放的热量比制热所吸收的热量大的多，单一的土壤源热泵会造成土壤累年温度上升，需要进行优化设计，并且造价比较高；重庆市水资源比较丰富且水质较好，比较适合水源热泵的推广应用。归纳为：哈尔滨北京重庆广州严寒地区寒冷地区夏热冬冷夏热冬暖空气源热泵★★污水源热泵★★★★地表水源热泵★土壤源热泵★（与太阳能集热器联合使用）★★（与冷却塔联合使用）★（与冷却塔联合使用）五、总结空调冷热源方案设计是一个普遍性与特殊性相结合的问题，应在考虑具体设计特定条件的基础上，对符合要求的各备选方案在总体上进行比较。显然，对不同方案进行比较时的依据，也是影响方案设计决策的重要因素。一般情况下，选择冷热源方案时应考虑以下因素：（1）初投资不同冷热源方案的初投资有较大差别，在选择方案时应进行仔细的分析比较。（2）运行费用（能耗、运行管理、维护等）空调系统的运行费用包括运行能耗，运行管理费，设备维修费等。空调运行能耗在建筑能耗中占有很大的比例；空调运行过程中的运行管理，管理人员工资，设备故障维修费等都是应该在冷热源选择时考虑的因素。（3）环境影响为了解决环境污染问题，保护环境也已成为我国的一项基本国策。因而，将对环境的影响作为空调冷热源的一项决策依据是很有必要的。（4）运行的可靠性、安全性、操作维护的方便程度、使用寿命。（5）机房面积、燃煤锅炉房要求的储煤、渣面积、贮油条件等。（6）增容费各城市根据其发展情况以及地理位置，能源状况不同而设定不同能源不同的增容费，而且一般数量也是比较大的，因此也是项重要的考虑因素。综上所述，将空调冷热源方案的影响因素归纳为经济性因素、使用特性、对建筑的影响、社会效益等四个方面。参考文献周亚素土壤热源热泵动态特性与能耗分析研究博士论文2001.11李元旦土壤源热泵冬季工况启动特性的实验研究王鹏