地源热泵技术在供热制冷节能环保系统中应用剖析

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:胥崇慧
[导读] 地源热泵作为即能制冷又可供暖的高效节能系统,具有节能、环保以及高效等特点,这与国家的可持续发展以及发展低碳经济相吻合。基于此,本文就对地源热泵技术在供热制冷节能环保系统中应用进行分析和探讨,希望能给有关人士提供参考性意见。
(济南市中心医院,山东 济南 250013)
摘要:地源热泵作为即能制冷又可供暖的高效节能系统,具有节能、环保以及高效等特点,这与国家的可持续发展以及发展低碳经济相吻合。基于此,本文就对地源热泵技术在供热制冷节能环保系统中应用进行分析和探讨,希望能给有关人士提供参考性意见。
关键词:地源热泵技术;供热制冷;节能环保系统;应用分析
 
        近年来,随着时代的发展,人们对居住环境的要求越来越高,对能源的需求量也在不断增多。“节能减排”成为全球共同的使命和责任。地源热泵系统的节能控制不是单纯地减少能源的利用,而是提高能源的利用率,减少能源的浪费,根据需求合理使用能源。因此,对地源热泵系统进行节能运行控制研究具有十分重要的意义。
        1 概念的界定
        1.1 使用地源热泵技术的重要性
        地源热泵施工技术其实就是利用少量的电能来将地下浅层的能源有效转化成可供人们日常生产生活使用的能源。目前的地源热泵主要包含了地下水热泵、土壤热泵以及地表水热泵几大类,其实也可以说是清洁能源当中的一种。该项技术主要可以应用到暖通空调系统当中,实现了对室内温度的有效调节,还能实现了冷热交替功能。除此之外,地源热泵技术在暖通空调当中的应用大大提升了工作效率,能够效节约了能源,降低温室气体的排放量,实现了节能环保的目标,也可以为企业创造更多的经济效益,是符合国家的可持续发展战略的。
        1.2 地源热泵的工作原理
        如自然界的规律,水往低处流一样,热量也是从温度高的地方流向温度低的地方。但是科学家利用能量守恒原理,借助能量的转换就能实现让水从低处向高处流动,同样的道理,热量也能够由低温向高温流动,这就是地源热泵的工作原理。地源热泵也被称为“热量提升装置”,它可以充分的挖掘环境介质中所储存的能量,将温位提高之后进行利用,地源热泵装置在工作过程中所消耗的功仅仅为整个供热量的三分之一或者更少。因此,地源热泵具有节能的特点。
        1.3 地源热泵系统模式
        1.3.1 制冷模式
        地源热泵在制冷的过程中,首先对冷媒进行做工,利用的是机组中的压缩机来实现气液的转化。冷媒在蒸发器中会自然的吸收风机盘管所携带的热量。冷凝循环在吸收热量的过程中,在冷凝器的内部同时也产生冷凝作用,然后再通过水路循环系统将热量带走,转移到地下水和土壤中去,这样就会把室内的温度转移到地下去,风机盘管以冷风的方式向室内制冷,最终实现制冷的目的,制冷效果能达到13℃以下。
        1.3.2 供暖模式
        地源热泵在制热的过程中首先利用机组中的压缩机对冷媒做工,换向阀会对冷媒的流动方向进行控制。冷媒会在冷凝器蒸发作用下吸收热量,这些热量来源于水路循环过程中自动吸收的地下水以及土壤的热量。随后冷媒会进一步的循环,在此过程中依靠冷凝作用将风机盘管中冷媒所携带的热量吸收,风机盘管会以暖风的形式对室内进行供暖,最终实现了将地下热量向室内转移的目的。最高供暖温度能够达到35℃上下。
        2 地源热泵技术研究
        2.1 复合式地源热泵系统技术
        在对地源热泵技术应用时,若面对冷热负荷差别大,以及在地源热泵系统不能满足冷热负荷需求的情况下,可采用复合式地源热泵技术的应用。其主要包括地源热泵与太阳能复合式系统、地源热泵与冷却塔复合式系统等。
        2.2 地埋管地源热泵技术
        当传热介质以竖直或水平的方向通过土壤换热器和岩土体进行热交换的地源热泵系统被称为地埋管低源热泵系统。

当前对其的类型及土壤换热器的分析,与监测土壤热物性参数和施工工艺是地埋管热泵系统的主要研究内容。地埋管换热器主要分为竖直和水平两种的埋管方式。若在较大的地表面积情况下,当外界气候条件与埋设的深度对浅层岩土体的温度或热物性的影响较小时,则应用水平地埋管换热器。反之竖直地埋换热器的应用主要是以大型工程为主,可以在较小占地面积的情况下获得较强的换热能力。当前地埋管热泵系统施工的工艺是以钻井、回填材料选择、洗井与回填工艺方面为主要的施工内容。因此合理的施行地埋管热泵系统的工艺要求,是保障其有效运行的基本要求。
        2.3 地下水地源热泵系统技术
        地下水地源热泵系统主要是以对地下水的采用,通过热泵技术的转换,利用少量的高位电能使低位的冷热量向高位能转移,对使用对象提供制冷或者供热的一种系统技术。但此种系统技术的应用要选择地下水资源丰富的地区,并且由相关的部门进行监督的情况进行合理的开采。在实际应用中,对于地下水水质的处理以及回灌的技术也已成为主要的研究方向。若在地下水不能直接被热泵系统使用的情况下,必须采取相关的技术措施对地下水的水质进行科学的处理。例如使用除砂器及沉淀池的应用,另外以净水过滤器将水源与热泵机组进行隔离。
        3 地源热泵系统在在供热制冷节能环保系统的具体应用
        3.1 应用类型
        地源热泵系统在供热制冷节能环保系统中的应用类型主要包括以下几种:其一,地表水应用类型,该种类型充分应用江、河、湖等地表水资源,具有运行可靠和稳定、运行成本低、能耗低以及资源丰富等有点,但是在实际应用过程中需要在浅水中安装盘管设备,当水面温度发生变化后,很容易对机组的运行效果产生影响。其二,地下埋管类型,该种类型包括竖直式埋管和水平式埋管两种,对于竖直式埋管,具有电能消耗低、占地面积小等优点,但是钻井施工成本较高;对于水平式埋管,具有范围大、安装费用少等优点,缺点在于能耗较大、占地面积广,当地表温度发生变化后,会对地源热泵系统运行产生不良影响。其三,地下水直接用类型,该种类型具有占地面积小、实用性强、成本低等众多优势,在实际应用过程中需要注意对地下水资源的保护。
        3.2 实际应用情况
        地源热泵技术应用有着巨大的节能环保作用,热泵技术可更加合理地运用无污染或污染较小的低品位能源,这样既可有效地节省一些矿物燃料,且可减少CO2、NO2和SO2等一些有害物质的排放,可进一步保护生态环境。如:电动热泵和传统燃油锅炉相比,在给用户提供等同的热量时,可将 CO2的排放量有效控制 68% 以下,SO2排放量有效控制在 93% 以下,NO2排放量有效控制在73% 以下。这样不但减少了对大气的污染,还有效缓解了城市的热岛现象。近些年来,将地源热泵技术应用在供热制冷节能环保系统中已得国内外广泛的开发、应用及推广,地源热泵技术也逐渐变得成熟,且具有显著的效果。目前,地源热泵技术在我国供热制冷节能环保系统中已经应用了十多年,无论是在普及程度上还是效果上都有了明显的效果。从相关统计资料中发现,我国在5000m2左右的建筑中,已经建立起的地源热泵系统超过了3000多项。例如,我国黄台大酒店、山东大学的学生公寓等对这种技术的应用,在取得良好效果的同时,还节约了大约30%的电费,经济效果较为明显。
        结束语:
        地源热泵系统作为一种广泛应用的能源转化系统,越来越受到人们的重视,,如今伴随着人们对于环保意识的加强,对于节能发展是将清洁可再生能源作为当前形势下研究的热点问题。地源热泵的应用既可满足节能的需求,又可利用新型的可再生能源,提供稳定可靠的供能,并且不会受到传统燃料短缺或者价格浮动的影响。具备节能减排明显效果的优势下,经过多年的工程实践。地源热泵的应用技术已经相对的成熟可靠,经济性与环保型已在每次的工程项目中得到充分的肯定,具有较强的发展潜力。
参考文献
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