地源热泵与太阳能热水对比

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1、* 地源热泵和太阳能热水系统对比* 地源热泵和太阳能 热水系统对比1. 项目概况本项目 为* 易 地新建 建设 项目， 位于 京杭大 运河南 侧， 扁担 河西侧,南观路北侧，时 代路东侧，规划用地面积 140359 平方米，新建 建筑面 积 88926 平 方米 。2. 设计依据2.1民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-20122.2民用建筑热工设计规范GB50176-932.3夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准JGJ134-20012.4江苏省居住建筑热环境和节能设计标准DGJ32/J 71-20082.5地源热泵系统工程技术规范GB50366-20052.6全国民用建筑工程设计

2、技术措施暖通 空调 动力2009 年 版2.7实用供热空调设计手册第二版2.8通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-20022.9建筑等其他工种提供的设计图纸及资料3. 设计参数3.1 室外气象参数（本工程参照 *气象条件）室外计算干球温度室外计算湿球温度室外计算相对湿平均风速主导风向(C)(C)度（）(m/s)冬季夏季夏季冬季冬季夏季冬季夏季-534.628.67533CNWSESSE3.2 室内设计参数序号房间名称温度(C)湿度(%)新风量(m3/p h)备注夏季冬季夏季冬季1教室26185060172办公26205060303体育馆26185060204宿舍26205060305

3、会议室26185060204. 负荷分析4.1 冷热负荷计算 根据负荷计算，本工程的空调设计冷负荷约为：4000 kW ，设计热 负荷约为：2400 kW 。4.2 宿舍生活热水负荷计算 宿舍部分(床位数：2836) 设计用水量：40L/人日生活热水出水温度：60C冷水计算温度：5C全天用水量：220X400=113440L/ 日热负荷：Q=CXMXTXp =113440 X( 60 - 5) X 4.187 X 0.983=25680MJ餐饮部分考虑热负荷：500MJ总全天热负荷： 25680+500=26180MJ5. 太阳能热水系统方案分析 根据太阳能集热器采光面积计算公式： As二Qr

4、d XCX(t r-tL )Xf/J tn (1 -n L)式中：As-集热器米光面积，m2；Qrd-日均用水量，kg；c-水的定压比热容，(4.187 kJ /kgC )；tr-贮水箱内水的设计温度，C ；tL-水的初始温度，C ；Jt-当地集热器采光面上年平均日太阳辐照量，kJ/m2 ；f-太阳能保证率，无量纲；n-集热器年平均集热效率，无量纲；根据经验值取0.250.50，具体取值要根据集热器产品的 实际测试结果而定；n L-管路及贮水箱热损失率，江苏地区根据经验值宜取值 0.20.3 。* 若使用太阳能系统制取生活热水时，假设屋顶可铺太阳 能集热器的地方全铺，考虑太阳能集热器的检修间距

5、要求及屋面的具体 情况考虑以及整体立面的效果综合考虑，剩余屋顶面积大约为2500 平 米。其中 Jt =12497kJ/m2。Qrd = As XJt n (1 -n L) / ( CX(t r-tL )Xf)=2500 X 12497 X 0.4 X( 1-0.3 ) /( 4.187 X( 60-5 ) X 0.45 )=84416.2kg/d根据GB50015-2003 建筑给排水设计规范5.3.2qrd二Qd/1.163(tr-tl)P rQd=1.163(tr-tl)P r qrd=84416.2 X1. 163 X ( 60-5 ) X0.983 X3600=19108.4MJqr

6、d 设计日热水量Qd设计日耗热量tr设计热水温度tl设计冷水温度P r热水密度日平均实际产热量为19108.4MJ理论日平均产热量为12497 X 2500=31242.5MJ日平均实际产热热效率为61%全年实际产热量为 19108.4 X 365/3600=1937.4MWh全年理论产热量为 31242.5 X 365/3600=3167.6MWh全年生活热水需要的热量为7970 X 365/3600=2654.4MWh全年辅助加热产热量为717 MWh ，辅助加热采用电能考虑，则全年 耗电量为717MWh。6. 地源热泵系统提供生活热水分析6.1 地源热泵系统概述地源热泵空调系统是把热交换

7、器埋于地下，通过水在高强度塑料管 组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目 的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时 储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房 间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用。大地土壤提供了一个很好的免 费能量存贮的空间，这样就实现了能量的季节转换。6.2 地源热泵特点 属于可再生能源利用技术 地表浅层好象一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能 比人类每年利用能量的500 倍还多。这种近乎无限、不受地域、资源限 制的低焓热能，是人类可以利用的清洁可再生能源。并且地能不象太阳 能受气候的影响，也不象深层地热

8、受资源和地质结构的限制。另外地源 热泵冬季供暖时，同 时对地能蓄存冷量，以 备夏用，夏 季空调时，又 给 地能蓄存热量，以备冬用。因此说地源热泵是可再生能源利用技术。 高效节能和低的运行费用 由于地源温度全年相对稳定，冬 季比环境空气温度高，夏季比 环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源、供 热采暖网，这种温 度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40% ，因此要节能和 节省运行费用 40% 左右。 环境效益显著 既不破坏地下水资源，又无任何污染，可以建造在居民区内， 没有燃烧，没 有排烟，也 没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且 不用远距离输送热量。 一机两用 地源热泵可供暖

9、供冷，全年冷热供应，节省投资和占地。地源 热泵这种可再生能源利用技术，高效节能且无任何污染，顺应了国际能 源发展大趋势，也顺应了我国的能源与环保政策，是值得研究与大力发 展的可再生能源利用方式。6.3 地源热 泵 工作原 理 地源热泵工作原理地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利 用水与地能（ 地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的 冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供 给室内采暖，此时地能为 “热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中， 此时地能为“冷源”。6.3.2 地源 热 泵技术 路线 地源热 泵技术 路线 有以下 两 种：土 气 型地源热泵技术和

10、水水型地源热泵技术土气型地源热泵技术 以美国的技术为代表，水 水地源热泵技术以北欧的技术为代表。二 者的差别是：前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布 置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制 冷 。后 者 是 从 地 下 水 中 取 热 或 向 其 排 热 ，经 过 热 泵 机 组 转 换 成 热 水 或 冷 水，然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供 暖或制冷。由于美国的土气型地源热泵技术，可 以不用地下水，采 用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土 壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制，推广的范围更大、更灵活6

11、.3.3 地源分类地源按照室外换热方式不同可分为三类： 土壤埋 管系统，地下水系统，地表水系统。根据循环水是否为密闭系统， 地源又可分为闭环和开环系统。闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水 平埋管）， 地表水安置换热器方式。 开环系统如抽取地下水或地表水方 式。此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介 质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进 行换热。6.3.4 地源热泵系统的形式土气型地源热泵系统按照室外换热方 式不同分，主要有三类形式：地耦管系统该方案只需在建筑物的周边 空地、道路或停车场打一些地耦管孔，室外水系统注满水后形成一个封 闭的水循环，利用水

12、的循环和地下土壤换热，将能量在空调室内和地下 土壤之间进行转换。故该方案不需要直接抽取地下水，不会对本地区地 下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政 策的限制。地下水系统项目四周假如有可利用的地表水，水温、水质、 水量符合使用要求，则可采用开式地表水（直接抽取）换热方式，即直 接抽取地表水，将其通过板式换热器与室内水循环进行隔离换热，可以 避免对地表水的污染。此种换热方式可以节省打井的施工费用，室外工 程造价较低。地表水系统项目四周假如有可利用的地表水，水温、水 质、水量符合使用要求，则可采用抛放地耦管换热方式，即将盘管放入 河水（或湖水）中，盘管与室内循环水换热系统形

13、成闭式系统。该方案 不会影响热泵机组的正常使用；另一方面也保证了河水（湖水）的水质 不受到任何影响，而且可以大大降低室外换热系统的施工费用。6.4 地源热泵系统方案本工程地源热泵地埋管采用钻孔垂直埋管，钻孔间距大于5.0m, 80米有效井深，032HDPE管，双u连接，钻孔孔径0150。6.5 地源热泵系统提供生活热水分析夏季地源热泵系统提供空调的冷负荷，同时可产生副产品热水作为 生活热水的热源。冬季地源热泵系统同时承担空调负荷和热水负荷。6.5.1 夏季地源热泵系统提供生活热水夏季空调运行按照2.3%的时间为满负荷运行， 41.5%的时间为75% 负荷运行，46.1%的时间为50%负荷运行，

14、10.1%的时间为25%负荷运行Q1=（100% X2.3%+75% X41.5%+50% X46.1%+25% X 10.1%） XQ2XT=59% XQ2XT式中：Q1制冷季累计冷负荷Q2设计总冷负荷T制冷季累计制冷时间，夏季平均机组每天运行16小 时，运行周期为150 天。代入上式得夏季地源热泵可提供给生活热水的热量为：Q1=59%X1360X150X16=1925.76MWh依靠制冷时产生的热量为（制冷机回收效率为86%）：Q1=Q1X（1+1/EER）X86% =1997.44MWh夏季生活热水需要的热量为 7970MJ X150/3600=1090MWh ，小于Q1。因此夏季通过热回收能够满足生活热水的需求。夏季地源热泵主机（带全热回收）提供的热量为产品提供的附属能 量，利用这些能量不需要额外耗费电量。6.5.2 冬季和 过渡季 地源 热泵系 统 提供生活 热 水冬季和 过度 季节（ 按 215 天计 算）太 阳能 总产热 量 为19108.4 X 215/3600=1141.2MWh,冬季和过渡季节生活热水需要热量为26180 X 215/3600=1563.5MWh，总辅助加热电量为 1563.5-1141.2=422.3MWh。为了提供与太阳能产生相同热量的能量， 主机的耗电量为W=Q/cop=1563.5/4.875=320.7MWh7. 技术经济型比