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水源熱泵技術在供熱工程中應用
2019-02-26  來源:互聯網轉載    發布者:小A

水源熱泵是改變循環水、冷卻水的水流方向,并通過閥門切換來實現夏天制冷、冬天制熱的功能,水源熱泵技術具有性能穩定,設計安裝簡便的優點,因此這種技術是有著非常廣闊的發展空間

水源熱泵機組原理

一、熱泵的工作原理及種類

(1)根據熱力學第二定律,熱可以自發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作功,正如水能夠通過水泵從低處向高處流動一樣,熱泵系統實現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能(耗電)為代價,從自然環境中獲取能量,并連同所花費的高質能一起向用戶供熱,也就是說熱泵的供熱量永遠大于所消耗的功量,所以是綜合利用能源的一種很有價值的措施。 熱泵的硬件組成和制冷系統大致相同,也是由壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥等主要部件組成。只是制冷是從制冷房間吸熱到冷凝器散發給冷卻介質,熱泵是制冷工況的逆過程,即把熱量從冷凝器的介質吸收過來散發到制熱房間中。

海水源熱泵

海水源熱泵

(2)熱泵技術按所需熱源的不同大體可分為空氣源熱泵、地源熱泵及水源熱泵。

①空氣源熱泵即通常所說的風冷熱泵,是以室外空氣作為熱源,是目前應用[zhu]為廣泛的熱泵系統,現已成為市場上的主導產品,但這種熱泵的應用有其局限性,在我國北方寒冷的冬季,隨著室外溫度的降低,熱泵效率大大降低,而且蒸發器極易結冰,需消耗電能解凍,很不經濟,因此這種熱泵僅適用于我國黃河以南,冬季室外氣溫較高的地區使用。

②地源熱泵是將換熱盤管深埋于地下,吸收土壤中的低溫熱量進行供熱,由于全年土壤溫度波動較小,地源熱泵的季節工況較為恒定,但地源熱泵因深埋于地下的換熱管技術較為復雜,且投資較大,目前僅在歐美一些發達國家有所應用,在我國廣泛推廣有一定的困難。

③水源熱泵是目前我國應用較多的熱泵形式,它是以水(包括江、河、湖泊、地下水等)作為冷熱源體,在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑供暖,在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放,實現對建筑物的供冷。在水源熱泵的應用當中,又以利用地下水的地下水水源熱泵應用較為廣泛。其工作原理大都是通過外部管道及閥門的切換來實現冬夏工況的轉換,夏季空調供回水走蒸發器,地下水走冷凝器,冬季空調供回水走冷凝器,地下水走蒸發器。

二、地下水水源熱泵技術的特點

(1)高效節能,運行費用低 在評價熱泵機組和制冷機組的性能時常用到“功效比”,用COP表示,即系統輸出的功率與所消耗的功率之比。風冷熱泵其COP值一般在2.0~3.0之間,而水源熱泵國內產品在供熱時COP值可達3.5~4.0,供冷時活塞式機組為5.0~5.2,螺桿式機組可達6.0,從這一點上看,水源熱泵可以被稱作高效節能的供冷供熱設備。水源熱泵在制熱時所需的地下水即相當于鍋爐燃燒的煤或油,而且地下水占熱泵所供熱量的70%~75%,這些熱量所消耗的代價僅為廉價的地下水,其成本要大大低于燃油和燃煤。

(2)一機兩用 水源熱泵通過在管路上的閥門轉換來實現冬季制熱,夏季制冷的作用。與原來的系統相比,可以減少一套主機體統。并且水源熱泵機組是整機安裝,檢修方便。所以水源熱泵具有一機兩用,投資低,維修方便的特點。

(3)潔凈環保 水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、燃油等鍋爐房系統,無燃燒過程,避免了排煙、排污等污染;而且水源熱泵機組無需設置冷卻塔,避免了冷卻塔噪音和向大氣排放煙塵及有害氣體,省去了高成本的自來水,因此水源熱泵可稱其為低成本的綠色空調產品。

(4)機房面積小,靈活安全 用途廣由于熱泵機組兼有供冷供熱的功能,機組本身體積較小,因而使機房面積大大減小,機組可靈活地安裝在任何地方,沒有儲煤、儲油罐等衛生及安全隱患,機組采用智能化微電腦控制系統,并有備用手動操作系統,無需專業人員操控,完善的電腦控制和多重保護,使整機運行安全可靠。 水源熱泵機組從嚴寒地區至熱帶地區均適用,機組適用的水源溫度從8℃到35℃均可,既可以提供7℃或50℃的空調用水,也可以提供同樣溫度的生活熱水;既可以作為城市區域供熱的熱源使用,也可以為辦公樓、賓館、別墅、居民小區等提供中央空調系統。

隨著居民生活水平的普遍提高,設有中央空調系統的住宅小區逐漸增多,而對于這樣的小區而言,地下水水源熱泵無疑是較為理想的冷熱源,與采用集中供熱的住宅小區相比,初投資雖然偏高,但能耗費用低,設有空調系統小區內的住戶冬暖夏涼,生活品質得到改善,住戶可以接受,而且其初投資高出的部分不出數年已為能耗費用的節省所抵消。

隨著住宅分戶供暖方式在全國的推廣,一些熱泵生產廠又推出了用于每戶使用的戶式水源熱泵機組,具體應用方式為水源熱泵分戶設置,地下水統一供給,電費按每戶的電表計量收取,水費按每戶水表的計量收取,給物業管理部門的收費工作提供了方便。

三、水源熱泵在供熱空調中應用應具備的條件

(1)可靠的水源 對于水源熱泵而言,其水源可為地表水、江河水、湖水、海水及地下水,但目前應用較多的水源熱泵均采用地下水,地下水作為國家的重要資源之一,政府對開采與使用有各種限制政策和法規,要獲取地下水,須通過政府有關主管部門的批準方可,并應有可靠的技術措施確保地下水的回灌。

(2)充足的水源水量 水源水量是影響水源熱泵系統的重要因素,其水量的多少與建筑物負荷大小及空調設計方案等有關,在確定方案之前,應根據水文地質資料合理確定水量,必要時可先打井做抽水實驗,看看在規定的連續抽水時間內地下水的水位降是否符合要求,并根據確定的水量來選定取水井與回灌井的數量。據資料介紹,一般要求地下水的取水量為每kW制冷量為0104~0106kgPs。

(3)合適的水源水溫 水源的溫度也是影響水源熱泵的重要因素,同樣的機組,由于水溫不同其提供的冷量和熱量也不同。一般來講,水源熱泵對水源溫度要求的范圍是:制冷工況下,進蒸發器水溫為10~22℃;制熱工況下,進冷凝器的水溫為18~40℃。建議國內的熱泵生產廠家,應將同一型號機組在不同水溫下提供的不同冷熱量列出明細,以便設計人員參考選定。另外取水井與回灌井之間應有一定的距離,以保證地下水經過水源熱泵機組產生的溫度變化經回灌后,在含水層中流動至取水井時溫度得以恢復,避免地下水產生冷量或熱量的積累,目前實際應用運行良好的工程中,取水井與回灌井之間的間距均在40m以上。

(4)良好的水質 水源熱泵機組對水源的水質有一定的要求,如果水質達不到要求,會對閥門、主機及其附件構成危害,尤其對多數熱泵廠家采用的板式換熱器產生的危害更為嚴重,從而影響系統的運行,但通常可以采取一些處理手段如設置除污器,電子除垢儀,或在取水井內多設幾層過濾裝置以減小井水中所含沙塵顆粒直徑,從而滿足機組對水質的要求。一般來說,水源水質不是影響水源熱泵機組應用的主要因素。

小結:水源熱泵技術有著多種優點,也有相應的限制條件,對具體的供熱空調工程來說,本著環保節能的原則,水源熱泵應是空調系統的優先方案,隨著水源熱泵技術的不斷成熟,這一技術在供熱空調工程中將會得到更好的發展和應用。

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