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論地源熱泵的特點(diǎn)與應(yīng)用
【論文關(guān)鍵詞】： 地源熱泵; 空調(diào); 制冷; 制熱
【論文摘要】：針對目前空調(diào)系統(tǒng)的流行趨勢，結(jié)合地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了地源熱泵系統(tǒng)的性能特點(diǎn)、工作原理等。
地源熱泵是一個廣義的術(shù)語，它包括了使用土壤、地下水和地表水作為熱源和冷源的系統(tǒng)。它利用土壤溫度相對穩(wěn)定的特點(diǎn)，依靠少量的驅(qū)動壓縮機(jī)，通過深埋土壤的閉環(huán)管線系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，夏天向地下釋放熱量，冬天從地下吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷或供熱的要求，具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的節(jié)能、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵越來越被人們認(rèn)同。
一、地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)
1. 節(jié)能、高效性
地源熱泵系統(tǒng)在提供100單位能量的時候， 70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，電能的消耗主要用于壓縮機(jī)的做功和使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，即將土壤中的熱量"搬運(yùn)"至室內(nèi)。它要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于土壤的溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10℃-20℃之間，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5-4.7，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，能效要高出40%以上。
2. 環(huán)保無污染
地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)。
3. 屬可再生能源利用技術(shù)
地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
4. 低運(yùn)行費(fèi)用
土-氣型地源熱泵系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的低運(yùn)行費(fèi)用，比其他各種采暖和制冷設(shè)備節(jié)能30%-70%。使用壽命25年以上，折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都大大低于傳統(tǒng)空調(diào)。
5. 應(yīng)用靈活、安全可靠、用途廣泛
靈活性強(qiáng)，可用于新建工程或擴(kuò)建、改建工程，可逐步分期施工，熱泵機(jī)組可靈活地安置在任何地方，節(jié)約空間。無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用。可為各類物提供冷暖兩用空調(diào)系統(tǒng)，同時提供生活熱水。
二、熱泵工作原理
1. 制冷原理
在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13℃以下的冷風(fēng)的形式向室內(nèi)供冷。
2. 制熱原理
在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。
三、地源熱泵系統(tǒng)工作原理
地源熱泵是一種以土壤/地下水作為低溫?zé)嵩吹臒岜每照{(diào)技術(shù)，其原理是依靠少量的驅(qū)動壓縮機(jī)完成制冷循環(huán)，利用土壤溫度相對穩(wěn)定（不受外界氣候變化的影響）的特點(diǎn)，通過深埋土壤的閉環(huán)管線系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，夏天向地下釋放熱量，冬天從地下吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)制冷或供熱的要求，由于系統(tǒng)采取了特殊的換熱方式，使之具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的高效節(jié)能優(yōu)點(diǎn)。
地?zé)崮苁且环N無限的資源。許多在市郊的家庭或者其它物周圍就是一個巨大的低溫地?zé)崮芰康?蓄水池"，這種資源被太陽、地球重新補(bǔ)充。與普通的系統(tǒng)相比，地?zé)岬募夹g(shù)能使你每月的費(fèi)用節(jié)約30%到60%。 地?zé)崾悄隳苜徺I的最安全，最清潔，最可靠的空調(diào)系統(tǒng)。
基本的地?zé)豳Y源主要有以下四種：
1. 建筑物周圍有充足的可以利用的場地時，可以考慮用水平環(huán)路。 把管線布置在溝中，可根據(jù)場地長度在30到120米之間。
2. 建筑物周圍場地面積受限制時，垂直的回路是理想的選擇。 可利用鉆井設(shè)備鉆成深度為22到90米的深孔，然后將管線垂直布置。
3. 建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋時，施工費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用會十分。 管線簡單地布置在池塘或者湖的底部。
4. 敞開的回路系統(tǒng)是用地下水作為一種直接能源。 在理想狀況下，應(yīng)用敞開的回路是最經(jīng)濟(jì)的地?zé)嵯到y(tǒng)。
四、地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用
20世紀(jì)50年代歐洲和美國開始了研究地源熱泵的第一次高潮，直到20世紀(jì)70年代，世界石油危機(jī)使得人們關(guān)注節(jié)能、高效用能，地源熱泵的推廣應(yīng)用迅速展開。在我國，地源熱泵的研究起始于20世紀(jì)80年代，最近5年該項(xiàng)技術(shù)成了國內(nèi)建筑節(jié)能及暖通空調(diào)界熱門的研究課題，并開始大量應(yīng)用于工程實(shí)踐。
目前，孤島地區(qū)的資源利用方式總體上還是粗放的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的依賴性較大，資源短缺和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的矛盾日益突出，隨著職工收入的增加，環(huán)保意識的增強(qiáng)，對生活質(zhì)量的要求也有所提高，開始逐漸向綠色環(huán)保靠攏。在冬季供暖時，孤島地區(qū)大多都采用水暖，每年都會消耗掉大量的煤炭資源，從節(jié)約資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展考慮，沒有污染、節(jié)約能源的"綠色供暖"-地源熱泵技術(shù)正逐漸取代"煙熏火燎"的傳統(tǒng)取暖方式，進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ�。孤島地區(qū)從2003年起就開始在一些居民小區(qū)試用地源熱泵中央空調(diào)設(shè)施，憑借其在經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行節(jié)能性以及占地面積等因素綜合比較上極大勝于傳統(tǒng)空調(diào)的優(yōu)勢，迅速發(fā)展。另外，勝利油田孤島采油廠氣管隊(duì)工程也試用了地源熱泵中央空調(diào)設(shè)施。
地源熱泵采暖工程的造價比一般工程要高一些，但在生活當(dāng)中用起來就比較省，不但節(jié)約資源，更重要的是綠色環(huán)保，這符合人們對個人高品質(zhì)生活的要求，還可以在提高采暖質(zhì)量的同時，增加房屋室內(nèi)空間。孤島芙蓉地?zé)嵴�，�?003年冬天投入運(yùn)行，據(jù)測算，改用地?zé)豳Y源供暖后，僅芙蓉小區(qū)每天就可節(jié)約原油消耗8噸，一個供暖季可節(jié)約資金100余萬元。
目前，對資源的循環(huán)利用、節(jié)能、綠色、環(huán)保已被國家放在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心位置，國家建設(shè)部提出各地在建設(shè)領(lǐng)域可再生能源利用方面要重點(diǎn)抓好6方面工作中，第二項(xiàng)就是地源熱泵、水源熱泵在建筑中的推廣應(yīng)用。并確定了資源節(jié)約工作重點(diǎn)，即以提高資源利用效率為核心，以節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及大力推進(jìn)可再生能源建筑應(yīng)用為重點(diǎn)。地源熱泵技術(shù)將越來越多的應(yīng)用于各項(xiàng)工程中。
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