地源热泵应用于户式中央空调的分析与展望

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1、订阅本刊请拨:010-88681843转8027!前言21世纪,人们对生活品质要求不断提高,住宅面积不断扩大,家用空调器也向着大功率、舒适、节能、美观、豪华的趋势发展,普通房间空调器已经不能更充分、更完全地满足市场需求了。带有新风系统的户式中央空调正在代替普通的房间空调器,该项技术已经取得了突破性进展,因此具有较好应用前景,并成为21世纪我国空调产业发展的趋势。然而,随着空调设备使用的日益广泛,一直困扰人们的能源问题、环保问题显得更为突出。比如在上海,日常生活中空调用电量占到总用电量的40%,特别在大型商业和办公用建筑中占到总用电量的13以上。去年夏天,因电力严重不足而造成外滩的照明工程一度中

2、断,这与夏季人们长时间运行空调不无关系。可见能源形势的严峻已经直接影响到了人们的生活。因此,如何实现空调系统更好的节能、环保成了当前空调行业最关心的一个课题,随着人民生活水平的提高而出现的一种新概念空调户式中央空调。结合国内外空调设备及空调能源的研究状况,如果应用地源热泵作为其冷热源,地源热泵技术将会为空调的节能与环保提供一个发展方向。目前地源热泵的应用状况地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的1个专利,而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国,截止1985年全国共有14000台地源热泵,而1997年1年就安装了45000台,而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业

3、建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中在新建筑中占30%。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会,该协会在近年中将投入1亿美元从事开发、研究和推广工作。美国在2001年已达到每年安装40万台地源热泵的目标,降低温室气体排放100万t,相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1000000英亩,年节约能源费用达4.2亿美元,此后,每年节约能源费用再增加1.7亿美元。与美国的地源热泵发展有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深400m深)的地源热泵,用于室内地板辐射供暖

4、及提供生活热水。据1999年的统计,在家用的供热装置中,地源热泵所占比例,瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%。地源热泵应用于户式中央空调的分析与展望广东志高空调有限公司周积芳张克龙摘要地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统,为实现空调系统节能、环保的需要应运而生。文章通过技术性、经济性和工程实例的分析,论述了地源热泵应用于户式空调的可行性,并对空调行业前景进行展望。#$%&()+&-.$0+1223+425(5+$67.$8&9$8.1+:+2-80%5.+12专题!新闻热线:(010)68635203E-mail:cjb3297美国特别看好我国市场,美

5、国能源部和我国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书,其中主要内容之一是“地源热泵”,该项目拟在我国的北京、杭州和广州3个城市各建1座采用地源热泵供暖空调的商业建筑,以推广运用这种“绿色技术”,降低我国对煤炭和石油的依赖程度,从而达到能源资源多元化的目的。目前,这3个地源热泵示范工程正在落实,有的已进入实施阶段。与此同时,科技部委托的我国企业酝酿将美国的地源热泵技术及设备引进我国,这将促进我国地源热泵的市场化、产业化的发展,并使我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。随着科技的进步,关于能源消耗和环境污染的法律制定越来越严格,地源热泵的发展迎来了高潮。一些国家组织了专

6、门的机构来帮助用户、安装者和生产厂家,这些组织包括“欧洲热泵协会”(EuropeanHeatPumpAssociation)与“DACH”(由来自德国,奥地利和瑞士的专家组成的协会)等。同时,一些大的生产厂家开始为设计地源热泵编写软件,尤其是地下换热器部分。因此,与80年代相比,现在的地源热泵有微电脑控制,自动化程度高;机组设计安装简单方便,而且安全,周期短,系统运行稳定效率高,无污染。我国的地源热泵事业近几年已开始起步,而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出我国品牌的地源热泵系统,已建成数个示范工程,越来越多的用户开始熟悉地源热泵,并对其应用产生了浓厚的兴趣

7、,可以预计地源热泵市场前景广阔。之所以对地源热泵市场发展前景持乐观态度,一方面是要节约常规能源;另一方面,我国具有较好的热泵科研与应用的基础,早在50年代,天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究,1965年研制成功国内第1台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。我们有理由相信,在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上,在各级政府的有力支持下,科技界与企业界携手共进,依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。该

8、技术由于环保节能,受到政府的大力支持。国家发展和改革委为促进我国可再生能源和新能源技术及相关产业的发展,根据国家可再生能源中长期发展规划,日前决定至2007年,实施可再生能源和新能源高技术产业化专项。北京市市长王歧山也指出利用浅层地热(地源热泵)供暖是代替燃气供暖的首选。另外,国家出台的很多相关政策支持浅层地热能的应用,鼓励发展地源热泵技术。建设部建筑节能“十五”计划纲要中明确指出“十五”期间建筑节能工作的重点之一是:“大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作。”北京市建筑节能管理规定:“利用太阳能、风能等可再生能源以及利用热泵提高热效率的采暖技术。”地源热

9、泵作为一种非常重要的可再生能源,具有节能和环保的双重效益,国际上已经将地下蓄热技术和高效热泵同时列入21世纪最有发展前途的新技术范围。京华时报2005年1月26日A07版“用浅层地能替代燃气供暖的方案有利于弥补北京能源不足的缺陷,是替代燃气供暖的首选。”王岐山听完市政协委员徐生恒关于“浅层地能”的提案后表示“对这个方案很感兴趣”。据徐生恒委员介绍,浅层地能不同于传统的深层地热,它是一种可再生的新能源,主要来源于太阳能,是低于25摄氏度土壤沙石和地下水中的低温热量,尚未列入国家的矿产资源范围,但分布十分广泛。他说,浅层地能作为矿物质燃料的替代能源,是建筑物供暖(冷)能源的首选。王岐山听后当场指示

10、市发改委相关负责人着手操办此事。他说,这一节能方案很好,可循环利用,市发改委和市市政管委应该立即引入推广这一替代方案。采写本报记者郭爱娣张灵夏命群摄影本报记者范继文!#$%&!()#$+专题!说供暖“浅层地热供暖提案抓紧办”订阅本刊请拨:010-88681843转8027!地源热泵技术应用的可行性分析2.1地源热泵与其他能源利用技术相比具有的特点1.属可再生能源技术:地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。2.环境效益显著:地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施,

11、节能减排效果会更明显。3.一机多用,应用广泛:地源热泵系统可供暖、制冷,同时还可以供生活热水,1套系统可以替换原来的锅炉加空调的2套装置;地源热泵技术既可应用于大型中央空调系统,也可用于户式空调系统。4.全自动的节能运行:可以根据实际情况,对机组的运行参数(温度)进行设定,电脑控制系统将根据所设定的参数,进行全自动能量调节;压缩机可以实现部分负荷滑阀式能量调节,以调节冷量输出,满足不同负荷的要求,保证机组在合理的效率下运行,真正实现高效节能。5.属经济有效的节能技术:地热资源的温度一年四季相对稳定,一般为10!25,其制冷、制热系数可达3.5!4.4,这种温度特性使之比传统空调系统运行效率要高

12、40%,其运行费用为普通中央空调的50%!60%。与锅炉(电、燃料)供热系统相比,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,供用户使用,地源热泵要比电锅炉加热节省23以上的电能,比燃料锅炉节省12以上的能量。2.2运行费用对比分析以北京市的物价水平天然气价1.90元m3、电0.44元kWh来比较。如果利用天然气来采暖,天然气热值为33500kJm3,利用热效率90%计,则燃烧1m3天然气可以获得热量为:Q=33500#0.9=30150(kJ)。如果使用地热热泵,取COP=3.5,则获得同样的热量需要耗电量为:W=QCOP=3015035=8614.3=2.4(kWh

13、)费用比较可知:热泵供暖电费=0.44(元kWh)#W=0.44#2.4=1.056元而1m3天然气费用1.90元,因此,用地热热泵供暖(热)可减少运行费用:y=(1.9-1.056)1.9=44.4%2.3工程实例投资及经济性对比分析现在再来通过实例来比较以地源热泵为冷热源与常规冷热源的户式中央空调的经济性比较。2.3.1实例1项目名称:上海某宿舍楼地源热泵空调系统项目地址:上海市长宁区;建筑类型:宿舍楼;建筑结构:砖混结构;建筑占地:280m2;建筑面积:679m2;空调面积:420m2。投资及经济性对比分析见表1:2.3.2实例2项目名称:北京市某别墅区地源热泵空调系统项目地址:北京市顺

14、义区;建筑类型:别墅住宅(独栋);建筑结构:砖混结构;建筑占地:90m2;建筑面积:240m2;空调面积:190m2。投资及经济性对比分析见表2:通过上述分析可以看出,将地源热泵应用于户式中央空调中,有以下一些特点:表1投资及经济性对比分析冷水机组加市政管网供热24.53.200地源热泵冷暖空调系统26.61.31.959%系统类型总投资(万元)年运行费用(万元)年节约运行费用(万元)节约率表2投资及经济性对比分析冷水机组加市政管网供热8.41.600地源热泵冷暖空调系统10.10.70.956%系统类型总投资(万元)年运行费用(万元)年节约运行费用(万元)节约率#$%&()+$%专题!新闻热

15、线:(010)68635203E-mail:cjb32971.从经济性方面考虑,设备的初投资较大,但是,地源热泵在夏季可以做空调冷源,冬季可以做供热的热源,因此兼用制冷的热泵系统与纯采暖相比的年运行费要明显降低。而且,地源热泵系统能耗少,机组性能系数高,节能效果明显。2.从环保的角度考虑,地源热泵有不对使用地产生大气污染、噪声污染、热污染等优点,并且埋地换热器可布置在别墅区的花园、草坪或是建筑物周围的地下,而不占地上建筑面积,对环境保护有利,是一种“绿色空调”,符合可持续发展的要求。3.从工程技术方面考虑,对于别墅区,建筑物周围空间较大,铺设埋管较容易,所以较适合使用地源热泵系统。4.从操作运

16、行角度来考虑,地源热泵系统应用于户式中央空调,设备容量较小,操作要比普通中央空调简单;在控制方面,电脑控制系统可以根据室内机的工作状态,进行全自动能量调节。5.从节省空间角度上考虑,可以埋在地下,不必大面积开挖,不占用地面的空间,上面可以种上花草。对于目前新兴的花园式别墅,花园式小区楼宇及花园式建筑有非常好的实用性,并且由于其地面机房所需面积很小,节省建筑面积。尽管地源热泵的应用还存在诸如其区域性较强;初投资较高;缺少针对土壤热特性参数的研究成果;缺少最佳匹配参数;缺少动态特性研究等方面的不足,但是随着科技进步和工程技术人员的不懈努力这些问题都将得到很好的解决。!地源热泵技术应用于户式中央空调的前景展望在我国夏热冬冷地区及寒冷地区利用地源热泵可实现夏冬两季冷暖联供,其中最有利的地区是夏热冬冷地区。这个地区年平均温度高,一般居住建筑均无集中供热系统供暖,而其气候特点是夏季炎热,湿度大;冬季阴冷潮湿,属我国居住热环境质量最差的地区之一。该地区夏季供冷冬季供暖天数相当,同一地区地源热泵系统进行空调可以充分发挥地下蓄能系统的作用。如果在这些

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