水源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術相比,有以下優(yōu)點:
水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比(COP值)最高的制冷、制熱方式,理論計算可達到7,實際運行為4~6。
水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12~22℃,水體溫度比環(huán)境空氣溫度高,所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提高。而夏季水體溫度為18~35℃,水體溫度比環(huán)境空氣溫度低,所以制冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式,從而提高機組運行效率。水源熱泵消耗1kW.h的電量,用戶可以得到4.3~5.0kW.h的熱量或5.4~6.2kW.h的冷量。與空氣源熱泵相比,其運行效率要高出20~60%,運行費用僅為普通中央空調(diào)的40~60%。
水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為熱源,利用地球水體自然散熱后的低溫水作為冷源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體,包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用能量的500倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量),而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng),地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說,水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。
以地表水為冷熱源,向其放出熱量或吸收熱量,不消耗水資源,不會對其造成污染;省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設施,機房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),節(jié)省建筑空間,也有利于建筑的美觀。
水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系統(tǒng),無燃燒過程,避免了排煙、排污等污染;供冷時省去了冷卻水塔,避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源熱泵機組運行無任何污染,無燃燒、無排煙,不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣和煙塵,不會產(chǎn)生城市熱島效應,對環(huán)境非常友好,是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào),還可供生活熱水,一機多用,一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物,水源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量能源,而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求,減少了設備的初投資。其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的60%,并且安裝容易,安裝工作量比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)少,安裝工期短,更改安裝也容易。
水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑,小型的水源熱泵更適合于別墅、住宅小區(qū)的采暖、供冷。
水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性;采用全電腦控制,自動程度高。由于系統(tǒng)簡單、機組部件少,運行穩(wěn)定,因此維護費用低,使用壽命長。
國家十分重視可再生能源開發(fā)利用工作,《中華人民共和國可再生能源法》已于2006年1月1日起實施;同時,在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中,又把大力發(fā)展和規(guī)?;瘧眯履茉春涂稍偕茉醋鳛槟茉搭I域的優(yōu)先發(fā)展主題。從國家立法和發(fā)展戰(zhàn)略的高度,對可再生能源的發(fā)展應用予以強力推動。
根據(jù)國家建設部政策規(guī)定,凡采用水源熱泵空調(diào)技術的建筑物,通過向當?shù)亟ㄎ陥?,可獲得政府的政策性支持,減免建筑配套費用140~200元/m2。
與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比的優(yōu)勢體現(xiàn)在:
與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比,水源熱泵具明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90%~98%的電能或70%~90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量,供用戶使用,因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(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;由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定,一般為10~25℃,其制冷、制熱系數(shù)可達3.5~4.4,與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比,要高出40%左右,其運行費用為普通中央空調(diào)的50%~60%。因此,近十幾年來,水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美及中、北歐等國家取得了較快的發(fā)展,尤其是來,中國的水源熱泵市場也日趨活躍,使該項技術得到了相當廣泛的應用,成為一種有效的供熱和供冷空調(diào)技術。
水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中;在冬季,則從相對恒定溫度的水源中提取能量,利用熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或者冷量。水源熱泵克服了空氣源熱泵冬季室外換熱器結霜的不足,而且運行可靠性和制熱效率又高,近年來國內(nèi)應用廣泛。
(1)水源熱泵屬可再生能源利用技術。
水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng),其中可以利用的水體,包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。所以說,水源熱泵利用的清潔的可再生能源的一種技術。
(2)水源熱泵運行效率高、費用低、節(jié)能。
水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12~22℃,比冬季室外空氣溫度高,所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提高。設計良好的水源熱泵機組與電采暖相比,可減少70%以上的電耗。
(3)水源熱泵運行穩(wěn)定可靠。
水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定,特別是地下水,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動,是很好的熱泵的冷熱源。因此,使得熱泵機組運行可靠、穩(wěn)定,也不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
(4)水源熱泵環(huán)境效益顯著。
水源熱泵機組的運行沒有任何污染,可以建造在居民內(nèi),沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠距離輸送熱量。
(5)一機多用,應用范圍廣。
水源熱泵系統(tǒng)可供暖、供冷,還可供生活熱水,一機多用,一套系統(tǒng)可以替代鍋爐和空調(diào)兩套裝置。特別是對于同時有供暖和供冷要求的建筑物,水源熱泵有明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量能源,而且減少了設備的初投資。
(6)可利用的水源問題。
水源熱泵理論上可以利用一切的水資源,其實在實際工程中,不同的水資源利用的成本差異相當大的。所以在不同地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應用的一個關鍵。能否找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件,且水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
(7)水層的地理結構問題。
對于從地下取水回灌的使用,必須考慮到所用的地質(zhì)結構,確保可以在經(jīng)濟合理的條件下打井找到合適的水源,同時還應保持用水回灌得以實現(xiàn)。
(8)水源熱泵投資的經(jīng)濟性。
水源熱泵的運行效率較高、費用較低,但與傳統(tǒng)的供熱供冷方式相比,在不同的需求的條件下,其投資經(jīng)濟性會有所不同。據(jù)有關資料介紹通過對水源熱泵冷熱水機組、空氣源熱泵、溴化鋰直燃機、水冷冷水機組加燃油鍋爐四種方案進行經(jīng)濟比較,水源熱泵冷熱水機組初投資最小。
從14度左右的水源中通過空調(diào)機提取熱量/冷量??照{(diào)機開啟的前提下全天候提供熱水、冷水(熱氣、冷氣)
地源熱泵是一種利用地表淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤和地表水等攜帶的能量)的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集地質(zhì)勘探成井技術
◆選擇水源的原則應為:水量充足,水溫適當,水質(zhì)良好,供水穩(wěn)定。 就某項工程來說,應根據(jù)當?shù)貙嶋H情況,判斷是否具備可資利用的地下水源,一項工程所需水量,主要取決于該項工程的冷熱負...
從水源熱泵的市場應用看,中國南方的深圳,廣州到過渡地區(qū)的上海,南京直到北方采暖地區(qū)的北京,大連等城市的公共建筑(辦公樓,商住樓,商場等),而且住宅建筑上得到了廣泛的應用.
北京奧運村利用再生水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng),不需要冷卻塔,鍋爐房,其能源消耗量是傳統(tǒng)電鍋爐的1/4,更重要的是,它不會排放任何污染物.
作為建設部第一批(2006年)可再生能源建筑應用示范項目,全國最大規(guī)模的水源熱泵住宅區(qū),海信地產(chǎn)開發(fā)的麥島金岸投資4億元人民幣,采用了國際先進的海水/污水源熱泵,節(jié)約了能源,減少了污染.建成后采暖每年可減少燃煤20206余噸,每年減少向大氣排放二氧化碳54050余噸.運用海水中央空調(diào),比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率高出40%,節(jié)省運行費用40%左右.
有業(yè)內(nèi)人士分析,水源熱泵技術除了被廣泛應用于各類民用建筑,公用建筑,軍事建筑等所有需要供冷供暖供應洗浴熱水的中央空調(diào)系統(tǒng),還涉及到工業(yè)領域中冷凍,冷藏,冷卻的工藝系統(tǒng),成為節(jié)能減排的重要技術之一。
水源熱泵作為一種新型的供熱供冷方式,從熱泵機組本身看應當是成熟的。但作為一個整體系統(tǒng)來推廣應用時,還是存在一些問題的。
(1)水源的使用政策。
我國為了保護有限的水資源,制定了《中華人民共和國水法》,各個城市也紛紛制定了自己的《城市用水管理條例》,明確了用水審批、用水收費等相關政策,所以水源熱泵的推廣還需要考慮綜合能源環(huán)保和資源各個方面,以及政府部門的支持。
(2)水源的探測開采和地下水回灌技術。
水源熱泵的應用,首先必須了解當?shù)氐乃吹那闆r,對水源的狀況進行充分的調(diào)查,確定用水方案。若利用地下水,必須考慮水源的回灌問題,且應結合當?shù)氐牡刭|(zhì)情況來考慮回灌方式。
(3)水源熱泵系統(tǒng)的設計。
水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能必須從政策、主機設計制造、系統(tǒng)的設計和運行管理統(tǒng)籌各個方面考慮,如果水源熱泵機組可以做到利用較小的水流量提供更多的能量,但系統(tǒng)設計對水泵等耗能設備選型不當,也會降低系統(tǒng)的節(jié)能效果;或造成系統(tǒng)的初投資的增加。隨著我國住宅市場化的改革,新建住宅小區(qū)的迅速發(fā)展和居民對居住環(huán)境的需求,特別是環(huán)保方面的要求,水源熱泵會逐步得到廣泛地應用。如果水源熱泵與地熱開發(fā)結合起來,將使建筑采暖取得更加顯著的節(jié)能效果。
與鍋爐和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比,水源熱泵具有明顯的優(yōu)勢。水源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能,比燃料鍋爐節(jié)省1/2以上的能量;由于水源熱泵的熱交換溫度全年較為穩(wěn)定,一般為10~25℃,其制冷、制熱系數(shù)可達3.5~4.4。與空氣源熱泵相比,高40%左右,其運行費用為普通中央空調(diào)的50%~60%。因此,近些年來,水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在國外取得了較快的發(fā)展,中國的水源熱泵市場也日趨活躍,該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調(diào)技術。
象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,更不是萬能的,其應用也會受到制約。
⒈可利用的水源條件限制
水源熱泵理論上可以利用一切的水資源,其實在實際工程中,不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應用的一個關鍵。水源熱泵利用方式中,閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng),能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統(tǒng),水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
⒉水層的地理結構的限制
對于從地下抽水回灌的使用,必須考慮到使用地的地質(zhì)的結構,確??梢栽诮?jīng)濟條件下打井找到合適的水源,同時還應當考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件,保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。
⒊投資的經(jīng)濟性
由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響,水源的基本條件的不同;一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說,水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比,在不同地區(qū)不同需求的條件下,水源熱泵的投資經(jīng)濟性會有所不同。
水源系統(tǒng)的水量、水溫、水質(zhì)和供水穩(wěn)定性是影響水源熱泵系統(tǒng)運行效果的重要因素。應用水源熱泵時,對水源系統(tǒng)的原則要求是:水量充足,水溫適度,水質(zhì)適宜,供水穩(wěn)定。具體說,水源的水量,應當充足夠用,能滿足用戶制熱負荷或制冷負荷的需要。如水量不足,機組的制熱量和制冷量將隨之減少,達不到用戶要求。水源的水溫應適度,適合機組運行工況要求。例如,清華同方SGHP型水源中央空調(diào)系統(tǒng)在制熱運行工況時,水源水溫應為12-22℃;在制冷運行工況時,水源水溫應為18-30℃。水源的水質(zhì),應適宜于系統(tǒng)機組、管道和閥門的材質(zhì),不至于產(chǎn)生嚴重的腐蝕損壞。水源系統(tǒng)供水保證率要高,供水功能具有長期可靠性,能保證水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)長期和穩(wěn)定運行。
是指人工利用后排放但經(jīng)過處理的城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水和熱電廠冷卻水等水源,
自然界中的水分布于大氣圈、地球表面和地殼巖石中,分別稱之為大氣水、地表水和地下水。陸地上的地表水和地下水均來自于大氣降水。
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評分: 4.4
水源熱泵設計應用問題 1 引言 水源熱泵技術是利用地球表面淺層水, 如地下水、 地表水、 海水江水及湖泊水中蘊含的 低位能源作為熱泵的低溫側熱源, 實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術。 它利用水源熱 泵機組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷機組和鍋爐或風冷熱泵機組, 以自然界的水體作為熱泵機組冷卻水系 統(tǒng)的冷卻源, 以達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的. 通常水源熱泵 COP值在 5左右。水源熱泵機組運 行時對大氣沒有廢熱污染, 不需要使用帶來飄霧的冷卻塔, 供熱時可代替低溫熱水鍋爐, 沒 有燃燒過程, 避免了排煙污染, 因此可以建造在居民區(qū)內(nèi)。 水源熱泵系統(tǒng)可以只作為空調(diào)系 統(tǒng)的冷熱源, 也可以作為空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水的制冷與供熱 設備。現(xiàn)有的鍋爐加空調(diào)的兩套 裝置系統(tǒng)可以由一套水源熱泵系統(tǒng)替換, 特別是對于同時有供熱和供冷要求的 建筑物,水源 熱泵的優(yōu)越性更加顯著。賓館、商場、 辦公 樓、學校等建筑均可以采用水源熱泵
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地源熱泵與水源熱泵的區(qū)別 根據(jù)熱力學第二定律, 熱可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體, 而由低溫物體傳 向高溫物體則必須做功。熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)了把能量由低溫物體向高溫物體的傳遞, 它是以花費一部分高質(zhì)能 (電能 )為代價,從自然環(huán)境中獲取能量,并連同所花費 的高質(zhì)能一起向用戶供熱。 熱泵的供熱量大于所消耗的功量, 是綜合利用能源的 一種很有價值的措施。 熱泵由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥等主要部件組成。 熱泵技術按所需熱源的不同大體可分為氣源熱泵、地源熱泵及水源熱泵。 地源熱泵是一種利用地表淺層地熱資源 (也稱地能,包括地下水、土壤和地表水 等攜帶的能量 )的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集地質(zhì)勘探成井技術、熱泵技術和 暖通技術于一體, 利用地熱資源進行采暖和制冷。 地源熱泵通過輸人少量的高品 位能源 (如電能 ),實現(xiàn)低溫位或高溫位的能量轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供 暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源,
污水源熱泵是水源熱泵的一種。眾所周知,水源熱泵的優(yōu)點是水的熱容量大,設備傳熱性能好,所以換熱設備較緊湊;水溫的變化較室外空氣溫度的變化要小,因而污水源熱泵的運行工況比空氣源熱泵的運行工況要穩(wěn)定。處理后的污水是一種優(yōu)良的引人注目的低溫余熱源,是水/水熱泵或水/空氣熱泵的理想低溫熱源。
污水源熱泵形式繁多,根據(jù)熱泵是否直接從污水中取熱量,可分為直接式和間接式兩種。所謂的間接式污水源熱泵是指熱泵低位熱源環(huán)路與污水熱量抽取環(huán)路之間設有中間換熱器或熱泵低位熱源環(huán)路通過水/污水浸沒式換熱器在污水池中直接吸取污水中的熱量。而直接式污水源是城市污水可以通過熱泵或熱泵的蒸發(fā)器直接設置在污水池中,通過制冷劑氣化吸取污水中的熱量。
我國北方地區(qū),冬季采暖主要是依靠煤、石油、天然氣等石化燃料的燃燒來獲得。采暖與環(huán)保成為一對難以解決的矛盾。城市污水是北方寒冷地區(qū)不可多得的熱泵冷熱源。它的溫度一年四季相對穩(wěn)定,冬季比環(huán)境空氣溫度高,夏季比環(huán)境空氣溫度低,這種溫度特性使得污水源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高,節(jié)能和節(jié)省運行費用效果顯著。
原生污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用了城市廢熱作為冷熱源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng),污水經(jīng)過換熱設備后留下冷量或熱量返回污水干渠,污水與其他設備或系統(tǒng)不接觸,污水密閉循環(huán),不污染環(huán)境與其他設備或水系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng),沒有燃燒過程,避免了排煙污染;供冷時省去了冷卻水塔,避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵,環(huán)境效益顯著。
冬季,污水體溫度比環(huán)境空氣溫度高,所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提高。而夏季水體溫度比環(huán)境空氣溫度低,所以制冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式,機組效率提高。供暖制冷所投入的電能在1KW時可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高于其他形式的中央空調(diào)系統(tǒng)。
水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動,是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源,水體溫度較恒定的特性,使得污水源熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
污水源熱泵可供暖、空調(diào),一機多用,一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。城市污水熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用城市污水,冬季取熱供暖,夏季排熱制冷,全年取熱供應生活熱水,夏季空調(diào)季節(jié)可實施部分免費生活熱水供應。一套系統(tǒng)冬夏兩用,實現(xiàn)三聯(lián)供。
城市污水源熱泵具有初投資低,運行費低的巨大經(jīng)濟優(yōu)勢。運行效果良好,經(jīng)濟效益顯著。污水熱泵系統(tǒng)的機房面積僅為其他系統(tǒng)的50%。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)溫度要求自動調(diào)節(jié),可做到無人看管,同時也可做到聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。污水源熱泵系統(tǒng)原理簡單,設備的可靠性強,維護量小,平時無設備的維護問題。
優(yōu)勢表現(xiàn):
◆ 與燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng)相比,我國年污水排放量超過500億m3,可節(jié)省用煤量0.33億噸,以全國年總能耗30億噸標煤計算,達到了1.1%,若按暖通空調(diào)的一次能源消耗量10億噸標煤計算,達3.3%。同時每年可減少排放量達72萬噸。據(jù)相關統(tǒng)計,15萬平方米供冷、供熱、以及供生活熱水,年可節(jié)約標煤1萬噸,減排二氧化硫300噸、煙量2200萬立方米、顆粒物6400噸,年少排爐渣2800噸、廢水600噸。
◆ 另外,污水源熱泵系統(tǒng)將污水熱能連同熱泵機組本身產(chǎn)生熱能一并轉(zhuǎn)移到室內(nèi),能效比高達4.5-6.0,能源利用率是電采暖的3-4倍, 污水源熱泵與空氣源熱泵相比,夏季冷凝溫度低,冬季蒸發(fā)溫度高, 能效比和性能系數(shù)大大提高,而運行工況穩(wěn)定,比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)省30﹪-40﹪的運行費用。且污水源熱泵技術系統(tǒng)無需設冷卻塔,利用的是城市原生污水,節(jié)約了大量水資源的同時又開發(fā)創(chuàng)造出新的清潔型新能源。