地源熱泵供暖制冷技術(shù)在暖通空調節能中的應用

地大熱能地熱+多能互補新聞網(wǎng)訊：地源熱泵技術(shù)是以地熱作為熱泵裝置的熱源或熱匯,繼而對建筑進(jìn)行制冷或者采暖的技術(shù)。隨著(zhù)不斷地開(kāi)發(fā),這一技術(shù)正在逐步的走向成熟,在實(shí)際的使用過(guò)程中,只要對空調通入少量的電源,就可以實(shí)現高溫熱源向低溫熱源進(jìn)行能量轉移的功能,從而達到制冷或者供暖的效果。由于在不同的季節對供暖制冷的要求不同,因此會(huì )采取不同的技術(shù)來(lái)對其進(jìn)行處理。在冬天,地熱資源相比較于環(huán)境來(lái)說(shuō)作為高溫熱源,要將熱量提取出來(lái)進(jìn)行室內供暖或者熱水供應,相反對夏季而言,地熱資源又成為低溫熱源,通過(guò)相應的技術(shù)把室內的熱量傳遞到地下,從而實(shí)現降溫的效果。因此,地源熱泵技術(shù)可以有效地滿(mǎn)足生活中的供暖制冷,而且對降低能耗和保護環(huán)境有著(zhù)很好的作用。

歐洲發(fā)達國家如瑞士、奧地利、德國均使用地埋管地源熱泵為室內地板供暖, 并提供生活熱水, 瑞士地源熱泵的使用比例高達96%。近些年, 能源危機加劇, 掀起了世界范圍內的地源熱泵研究熱潮, 地源熱泵裝機量空前增加。地源熱泵已經(jīng)具有工業(yè)級應用價(jià)值。

地源熱泵暖通空調主要形式

根據熱量來(lái)源不同, 地源熱泵暖通系統可分為土壤源、地下水源、地表水源三類(lèi)。埋管式土壤源熱泵系將使用水作為工作介質(zhì), 在土壤內部換熱管道與熱泵機組之間循環(huán)流動(dòng), 完成機組與土壤之間的熱交換, 根據埋管形式不同, 可分為水平和垂直兩類(lèi), 這也是應用最為廣泛的地源熱泵形式, 無(wú)需抽取地下水。

地下水源熱泵以地下水作為熱量來(lái)源, 抽出地下水之后將水送到換熱器和熱泵機組, 提取或者釋放熱量之后再送回地下, 該方案的使用需要征得地方政府的許可, 同時(shí)地下要具有充足的水量, 回灌工作是該方案的重點(diǎn)。

地表水源熱泵使用地表水作為冷熱源, 抽取江河湖海水, 形成開(kāi)式循據地源側水應用方式不同, 地源熱泵還可以劃分為閉環(huán)與開(kāi)環(huán)兩類(lèi), 其中閉環(huán)換熱器內的工作介質(zhì)不和外部水或者土壤相連通, 工作介質(zhì)在封閉的循環(huán)系統內與外部環(huán)境完成熱交換, 在熱泵機組和地下埋管之間循環(huán)。開(kāi)環(huán)系統則直接抽取外部水作為工作介質(zhì), 一般都應用板式換熱器完成和外部水之間的熱量交換, 保護內部熱交換器。

地埋管換熱器。為了提高暖通空調方案的經(jīng)濟性, 提高能源利用率, 建筑中除了有特殊要求的消防、電梯機房等房間之外, 其余房間均采用集中空調方案。地埋管熱泵空調末端設計和常規暖通空調一致, 換熱器是地埋管地源熱泵設計的核心內容, 要根據建筑規模確定合適的地埋管鉆井數量與長(cháng)度, 并對鉆井分布進(jìn)行合理規劃。在施工區域內進(jìn)行換熱性能測試, 并進(jìn)行鉆孔換熱量計算, 從而了解鉆井單位井深的換熱能力, 選用雙U型換熱器, 根據總供熱需求計算鉆井個(gè)數:

根據經(jīng)驗與計算結果, 進(jìn)一步確定井深、有效埋深、間距、井直徑等相關(guān)參數, 布置鉆井要充分利用建筑周邊綠化帶, 采用梅花狀布置方案, 連接制冷機房, 將地源側集水器與分水器均布置在制冷機房?jì)? 所有鉆井支路均采用同程設計, 確保所有支路水壓平衡, 支路總管穿墻進(jìn)入機房分別連接集水器與分水器。

熱回收衛生水系統。國內關(guān)于空調系統熱回收技術(shù)的研究已經(jīng)初見(jiàn)成效, 通過(guò)熱回收機組, 將冷卻水中的熱量集中起來(lái), 用以生活、生產(chǎn)熱水預熱/加熱, 能夠在降低空調熱污染的同時(shí)充分利用廢熱。

回收熱進(jìn)行低溫用水預熱熱交換效率更高, 即便應用于高溫水加熱, 其總功耗仍然遠遠小于鍋爐加熱。在地源熱泵暖通空調系統中應用熱回收技術(shù),回收熱不僅可以用于冷水預熱, 還可以應用在地熱補償中, 將廢熱引入地下, 從而能夠彌補地熱損失, 緩解地熱不平衡問(wèn)題, 減小散熱設備的設計容量。

冷卻塔運行策略

冷卻塔是緩解地熱不平衡的重要輔助冷源, 系統余熱引入能夠在一定程度上彌補地熱損失, 但是作用有限, 引入冷卻塔則基本能夠達到地熱平衡。冷卻塔的啟停運行策略, 成為解決地熱不平衡問(wèn)題的關(guān)鍵。

設備選型。冷卻塔要能夠彌補所有系統釋放熱量與制造熱量之間的差, 同時(shí)還要避免選型過(guò)大造成的浪費。

地源熱泵技術(shù)是一種低位可再生能源技術(shù), 相比于電力, 使用地源熱泵作為建筑暖通空調能量來(lái)源, 有著(zhù)清潔、節能的優(yōu)勢, 是一種綠色的暖通空調方案, 在保護環(huán)境和節能減排方面都能夠發(fā)揮重要作用。