暖通工程師《專(zhuān)業(yè)知識(shí)》備考知識(shí)(5)
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地源熱泵系統(tǒng)構(gòu)成與原理
系統(tǒng)構(gòu)成：
地源熱泵(也稱(chēng)地?zé)岜?是利用地下常溫土壤和地下水相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)深埋于建筑物周?chē)墓苈废到y(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。
地球是一個(gè)巨大的蓄熱體，一年四季其地表5m以下的土壤溫度十分穩(wěn)定，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。地源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季從土壤或地下水中提取冷量，由熱泵原理通過(guò)空氣或水作為載熱劑降低溫度后送到建筑物中，而冬季，則從土壤或地下水中提取熱量，由熱泵原理通過(guò)空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，從而實(shí)現(xiàn)的熱交換過(guò)程。需要特別指出的是：地?zé)岜弥械睦錈嵩床皇侵傅叵碌臒崞驘崴侵敢话愕某赝寥?、地表水、地下水?/p>
1.2地耦管熱泵系統(tǒng)
以導(dǎo)熱好、抗腐蝕、強(qiáng)度高且可繞曲的材料制成管路，內(nèi)有導(dǎo)熱流體(水或防凍劑)同土壤直接換熱后，進(jìn)入水源熱泵機(jī)組的熱交換器與其換熱。當(dāng)制冷供暖面積較小、周?chē)休^大空地時(shí)，采用水平敷設(shè)地鍋管路系統(tǒng)較合理，初投資較小;當(dāng)制冷供暖面積較大、周?chē)幸欢盏貢r(shí)，可采用垂直敷設(shè)地鍋管路系統(tǒng)，但其初投資相對(duì)較大。
與傳統(tǒng)的中央空調(diào)比較
燃煤鍋爐對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，而燃油及電鍋爐采暖造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用皆較高，讓人難以承受，也不符合國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展的能源政策，而地源熱泵空調(diào)技術(shù)是國(guó)家科技部重點(diǎn)推廣的項(xiàng)目，也是國(guó)家節(jié)能設(shè)計(jì)手冊(cè)優(yōu)先選用的冷(熱)源方式。因此，近十幾年來(lái)，尤其是近五年來(lái)，中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)日趨活躍。
通常消耗l kw的電能或獲取4kw的熱量或冷量，與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%一98%的電能或70%一90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶(hù)使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省l/3以上的能量;由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10℃一25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5—4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%一60%。
地源熱泵系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿(mǎn)足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。
國(guó)內(nèi)外地源熱泵的發(fā)展歷史及前景
在中國(guó)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，南方以水冷機(jī)組解決夏季制冷問(wèn)題，中、北方以燃煤鍋爐解決冬季取暖問(wèn)題。20世紀(jì)80年代以后，出現(xiàn)了溴化鋰機(jī)組、風(fēng)冷機(jī)組，90年代以后，從原有的煤、石油取暖過(guò)渡到以天然氣及電等清潔能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問(wèn)題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，且采暖造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用皆較高，因此必須尋找可以再生的能源，從而提出了地源熱泵空調(diào)新技術(shù)。
在國(guó)外，地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當(dāng)迅速。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45000臺(tái)，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中新建筑中占30%。
與美國(guó)有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤(pán)管(埋深小于400m深)的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。
安全省地方面
熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時(shí)省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒(méi)有燃燒過(guò)程，無(wú)燃燒設(shè)備，避免了有害煙塵和有害物質(zhì)的排放，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。熱泵機(jī)組運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境溫度變化的影響，符合環(huán)保理念。
與燃?xì)夂腿加湾仩t系統(tǒng)相比，省去了儲(chǔ)油設(shè)備和燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)，若是燃煤鍋爐系統(tǒng)則可以省去鍋爐房及與之配套的煤場(chǎng)和渣場(chǎng)，而夏季制冷時(shí)則可以省去冷卻塔所占面積，大大減少了機(jī)房的占地面積，節(jié)約了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象，提高了建筑物的使用率。
高效節(jié)能方面
地溫一年四季基本穩(wěn)定，使得熱泵無(wú)論在制冷或制熱工況中均處于高效率。冬季，投入1kw電能，可以得到4kw左右的熱能;夏季，投入1kw的電能，可以得到5kw以上的冷量。系統(tǒng)的高效率，壓縮機(jī)的低能耗，使運(yùn)行費(fèi)用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。
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