區(qū)城供熱2011.3期水源熱泵技術(shù).山東勝利油田熱電聯(lián)供中心張文[摘要]我國有豐富的地?zé)豳Y源。目前,地?zé)嶂饕侵苯永?如冬天供暖、供熱水、農(nóng)業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來,國際上適用于低溫地?zé)崂玫乃礋岜眉夹g(shù)發(fā)展非常迅速,對地?zé)崮艿母咝ЬC合利用有極為重要的意義。[關(guān)鍵詞]水源熱泵吸收式熱泵壓縮 式熱泵.一、前言建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的當(dāng)今世界，常規(guī)能源日見短缺,而在總能19% ,其中在新建筑中占30%。美國熱泵工業(yè)耗中，民用采曖、空調(diào)耗能比例逐年增長。目已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜前,采暖、空調(diào)存在能耗大,效率低、惡化城市電力研究所及眾多熱泵廠家組成的美國熱大氣環(huán)境質(zhì)量等問題,在這種背景下,以環(huán)保泵協(xié)會,該協(xié)會在近年中將投入一億美元從和節(jié)能為主要特征的綠色采暖、空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃近期達(dá)到運而生，而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新每年安裝40萬臺熱泵的目標(biāo),屆時將降低溫興技術(shù)。室氣體排放1百萬噸,相當(dāng)于減少50萬輛汽.大地作為一種巨大而穩(wěn)定的熱儲資源，車的污染物排放或植樹1百萬英畝,年節(jié)約其淺層地溫和地下水在能源利用方面也有廣能源費用達(dá)4.2億美元,此后,每年節(jié)約能源泛應(yīng)用前景,我國有豐富的地?zé)豳Y源。目前,地費用再增加1.7億美元。與美國的熱泵發(fā)展熱主要是直接利用,如冬天供暖、供熱水、農(nóng)有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德業(yè)利用、溫泉沐浴等。近年來,國際上適用于國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源,地下土壤低溫地?zé)崂玫乃礋岜眉夹g(shù)發(fā)展非常迅埋盤管(埋深<400米)的地源熱泵,用于室內(nèi)速,對地?zé)崮艿母咝ЬC合利用有極為重要的地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年意義。水源熱泵技術(shù)是一種較理想的采暖、空的統(tǒng)計,家用的供熱裝置中,地源熱泵所占調(diào)方式,具有耗能少,不污染環(huán)境等優(yōu)點,符比例，瑞士為96%，奧地利為38%,丹麥為合可持續(xù)發(fā)展的要求。27%。二、熱泵技術(shù)現(xiàn)狀我國占地?zé)豳Y源總量98%以上的是低溫歐美等發(fā)達(dá)國家較早意識到要調(diào)整社會資源。目前對我國眾多的低溫地?zé)豳Y源還主能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境保護問題,因此熱泵在這些要中國煤化工利用總量已達(dá)國家應(yīng)用較多。許多國家采取一系列措施來到24YHCNMHG,但利用水平刺激熱泵的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計, 1998年美國商業(yè)和效率比較低,40C以下溫度段的能量利-93 -區(qū)域供熱2011.3 期用率更差。在對巨大的地溫?zé)醿?如淺層地液體,到熱膨脹閥C1進行節(jié)流膨脹成低壓液溫和地下水)能量的利用方面更加缺乏創(chuàng)體進入蒸發(fā)器D1器蒸發(fā)成低壓蒸汽,蒸發(fā)過新思路,與國外有非常大的差距。因此,非程中吸收水中的熱量QD將水冷卻。低壓制常有必要大力開展研究開發(fā)熱泵新技術(shù)的冷劑蒸汽又進入壓縮機A1壓縮成高壓氣體,工作。如此循環(huán)不已。此時,供熱需要的熱水在冷凝三熱泵的工作原理器B1中獲得。熱泵的原理與制冷機完全相同，熱泵的對于供熱模式的熱泵，根據(jù)能量守恒定作用是從低溫?zé)嵩粗形?定數(shù)量的熱量,律可得到如下關(guān)系式:提高溫度后輸送到溫度較高的有限空間,達(dá)QB=QD+W到供暖的目的。熱泵分為吸收式熱泵和壓縮熱泵的效率(性能系數(shù))COP定義為:式熱泵兩大類，吸收式熱泵是以熱量為代價COP=QB/W來實現(xiàn)從低溫?zé)嵩聪蚋邷剌斔蜔崃俊嚎s式在制冷模式時如圖2所示，高壓高溫的熱泵靠消耗電能或機械功把熱量從低溫?zé)嵩粗评鋭怏w從壓縮機A2(電能W)出來后進向高溫輸送,它是以少量的功(轉(zhuǎn)化為熱量)人冷凝器B2,向水中排放熱量QB而冷卻成抽取環(huán)境熱量一同供給熱用戶，熱泵的性能高壓液體,并使水溫升高。到熱膨脹閥C2進系數(shù)(COP)是產(chǎn)出的熱量與投人的電能(或行節(jié)流膨脹成低壓液體后進入蒸發(fā)器D2蒸熱能)比。發(fā)成低壓蒸汽，同時吸收空氣或水的熱量目前我國利用較多的是水源熱泵，就是QD。低壓制冷劑蒸汽又進人壓縮機A2壓縮以地下水作為冷熱“源體”,在冬季利用熱泵成高壓氣體,如此循環(huán)不已。此時,制冷需要.吸收其熱量向建筑物供暖，在夏季熱泵將吸的冷水在蒸發(fā)器D2中獲得。與傳統(tǒng)的暖通空收到的熱量向其排放,實現(xiàn)對建筑物供冷。熱調(diào)系統(tǒng)相比水源熱泵系統(tǒng)只是通過與地下水泵的工作原理是利用工作流體(工作介質(zhì))在的熱交換來完成制冷或制熱的效果。通過在不同壓力溫度下的蒸發(fā)和冷凝進行吸-放熱不同季節(jié)進行冷凝器和蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)換，就可的過程,通過壓縮機驅(qū)動(電功),將熱量從低以完成制冷與制熱功能的轉(zhuǎn)換。溫環(huán)境送到高溫環(huán)境，達(dá)到制冷或制熱的目對于制冷模式的熱泵，根據(jù)能量守恒定的。如圖1及圖2所示。在供熱模式時如圖1所示，高壓高溫制冷劑氣體從壓縮機A1(電能W)壓出后進入冷凝器B1同時排放熱量QB而冷卻成高壓COP=QD/W制冷冷水.采暖熱水D231兇) C11M12A21.B2中國煤化工|↓ 含油污水.MHCN MH G水圖1圖2-94-區(qū)域供熱2011.3 期四、熱泵的效益分析部件運動,磨損少,平時無需檢修。(一)熱泵供熱采暖(3)因管理與勞動強度均較少,可減少定熱泵特別適用于冬天供暖或供應(yīng)熱水。員從而節(jié)省工資開支。它可分為普通型和高溫型兩種:利用電驅(qū)動(4)鍋爐房的鍋爐風(fēng)機的耗電量也較大。的地?zé)釤岜?，前者可?-12C的地下水提升(二)熱泵供冷空調(diào)到45-50C;后者適用于將30-40C的低溫地用電驅(qū)動制冷空調(diào)機組,1kW的冷量需熱水溫度提升到65-70C;兩者的制熱系數(shù)要花費0.29kW的電力，用電量小于家用空COP均可達(dá)到3-4，也就是說，花費一份代調(diào),與傳統(tǒng)的曖通空調(diào)系統(tǒng)減少冷卻塔,并大價,可以得到3--4倍的熱量。與使用常規(guī)能源大節(jié)約了電力和相應(yīng)的成本費用。加熱獲得熱水的方式相比，無疑大大節(jié)省了五、結(jié)語能源，進而也減少了因使用化石燃料燃燒的水源熱泵是高科技通向節(jié)能環(huán)保的橋過程中排放物對環(huán)境造成的污染。梁。它可以利用40C以下的低溫地?zé)岷偷陀跓岜玫慕?jīng)濟性是由多方面來確定的,熱環(huán)境溫度的地溫?zé)釒炷芰?，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保泵供暖與燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐房供暖,從燃料的效果。利用地?zé)釤岜霉┡凸崴?其運行消耗費用做一個簡單比較，以產(chǎn)生為費用可比用天然氣或直接用電節(jié)省30-70%。10000keal熱量所需的燃料費我們可以得出:在夏天進行制冷,供建筑物空調(diào)使用,可減少1.用熱泵機組:設(shè)熱泵的COP值為3.5，空 調(diào)的用電量和費用。則耗電量為3.32kWh,若電費平均價格為0.5從以上分析可知，水源熱泵系統(tǒng)是一種元/kWh,則電費為:3.32x0.5元=1.66元.可靠、經(jīng)濟、節(jié)能的采暖方式。不僅如此,由于2.用煤:煤低位發(fā)熱值22000kJ/kg,燃煤它使用清潔能源,由于它節(jié)能效果明顯,節(jié)能鍋爐的熱效率75%計，則所需的燃料為就是環(huán)保，在電力已進人買方市場的條件下，2.54kg。若煤價為0.30元/kg,則費用為:2.54在人民生活條件迅速改善的條件下,水源熱泵x0.30元=0.76元無疑將是一種受大家歡迎的采暖空調(diào)方式。3.用燃?xì)?天然氣熱值為33500kJ/Nm',燃?xì)忮仩t的熱效率90%計,則所需的的燃?xì)饬繀⒖嘉墨I(xiàn)為1.39Nm'。若燃?xì)鈨r格為1.4 元/m?,則費用為:1.39x1.4元=1.95元[1]李樹明.地下熱能的合理應(yīng)用[J]. 水務(wù)世界,4.用燃油:燃油低位發(fā)熱量:41068kJ/kg,2005,(1):41-43.燃油鍋爐的熱效率80%計，所需的油量為[2]06SS127,熱泵熱水系統(tǒng)選用與安裝[S].國家建筑1.27kg。若油價為1.2 元/kg,則費用為:1.27x標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集.[3]CB50366- -2005. 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].1.2元=1.52元僅從燃料費上可見，燃煤是最便宜的,而[4]GB/T 50265- -97,泵站設(shè)計規(guī)范[S].燃?xì)庾钯F。但熱泵與鍋爐房供熱相比,顯然具[5]黃自勤,曲申酉,肖脊書等.熱水機組選用與安裝[S].國家標(biāo)準(zhǔn)圖集,05SS121:16-17.有運行附加費較小，這是因為:[6]倪龍、封家平、馬最良.地下水源熱泵的研究現(xiàn)狀(1)熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保和進展[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004,23(2):26-管費、排渣運輸費等;中國煤化工(2)檢修周期較長,因鍋爐設(shè)備與高溫?zé)焄7]刁YHCN M H G節(jié)能新技術(shù)[]. .氣接觸,構(gòu)件極易受損;而熱泵系統(tǒng)只有兩個建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2004 ,23(3):18-23-95-