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淺談蓄能型水源熱泵係統利用

浏览次数:042日期:2019-11-29
一、概述

水源熱泵係統是利用地球表麵淺層水源如江、河、湖、海水和地下水吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能,通過少量的高位電能輸進,經過逆向熱力循環,品位熱能的一種熱力係統 。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器,而且是一個巨大的動態能量平衡係統,地表的土壤和水體自然地保持能量的接受和發散的相對的均衡。水源熱泵係統的基本工作局勢在夏季將建築物種的熱量轉移到水源中,而冬季通過逆向熱力循環,從水源中提取熱量。水體的溫度一年四季相對穩定,其波動的範圍遠遠小於空氣溫度 ,特別是地下水溫度保持常年恒定,是很好的空氣冷源和熱泵熱源。由於水體溫度的恒定,使得水源熱泵係統運行穩定可靠、不受外界天氣變化的影響,高效節能,且不存在空氣源熱泵冬季除霜的難點題目。是以,水源熱泵係統是值得深進研究和積極推廣利用的一項以節能和環保,可再生能源利用為特征的先進技術。這項起始於1912年的技術,比來10年在歐美產業發達國家取得了迅速的發展,已成為一項成熟的利用技術。在我國,水源熱泵技術的研究在20世紀90年代末已成為工程實踐也刮起一股 “水源空調”的***。

二、工作道理

熱泵的工作道理是從四周環境中吸收熱量而傳遞給被加熱的對象,其工作道理與製冷機相同,按熱機的逆循環工作的,所不同的隻是工作範圍不同,對於熱泵來說就是可逆的冷凍循環,正循環時由需要的製冷空間吸熱而將其熱排棄到空氣或水中,稱為製冷工況,逆循環時則向外界的空氣或水中吸熱而傳遞到需要采熱的房間稱為製熱工況。

(1)製冷工況:製冷時恒溫控製器啟動離心風機,打開方向閥示製冷方向,此時低溫低壓的冷媒進進壓縮機壓縮成高壓氣體,再經方向閥進進冷媒(水的散熱器)而冷凝成液體。冷媒通過毛細管而進進冷媒(空氣的蒸發器),蒸發成為低溫氣體,該氣體吸收從風機吹過盤管的空氣之熱而使溫度降低,循環不斷往複進行製冷。

(2)采熱供熱工況 :采熱供熱時,恒溫控製器啟動離心風機打開反向閥使其朝向采熱供熱方向,此時低溫低壓冷媒進進壓縮機壓成高溫高壓氣體,再經反向閥進進冷媒空氣葉片盤管的散熱器冷凝為液體,次冷媒液由風機吹過盤管的空氣開釋熱能,使其溫度身高,冷媒液再經過一個細管而進進冷媒蒸發器,吸收循環水熱能而蒸發為低溫氣體,低溫低壓的冷媒氣體經過反向閥進進壓縮機進口成為下一循環的開始往複循環采熱供熱。

三、可行性分析

1.技術可行性分析

地下水資本狀況分析表明,我國很多地區地下水資本較為豐富 。地下水資本根據埋躲深度不同具有不哦它能夠的溫度變化規律。埋深3~5米具有晝夜變化規律 ,埋深5~50米具豐年變化規律,埋深50米以上的深井地下水水溫很少受季節變化影響,常年基本保持不變。我國華北地區深井水的溫度為14—18℃,長江中下遊地區為19~24℃ 。與環境溫度相比深井水冬溫夏涼,對於熱泵的高效穩定運行十分有益。我國成功地開發了深井水回灌技術,控製了地麵沉降,同時通過采用“冬灌夏用”和“夏灌冬用”技術,進一步進步了深井水溫的可利用水平。

2.政策的可行性

隨著我國經濟的快速發展,能源短缺及環境題目日趨嚴重。為實現可持續發展計謀,我國擬定了一係列能源與環境政策、鼓勵開發利用節能環保新技術。而開發利用地下自然的冷熱源能夠為空調帶來節能和環保雙重效益,愈來愈受到人們的重視。據美國環境署的一份有關空調未來發展報告所得出的結論:水源熱泵技術將成為降低國家能耗和環境汙染的一份首要氣力。1997年11月美國能源部和中國科技部簽署了中美能源效率及可再生能源合作協議書,分別要在中國北部、中部和南部建立三個綜合利用常溫地熱資本的熱泵示範工程,待總結經驗後,大規模推廣,這就為這一節能環保技術提供了強有力的政策主持。

3.經濟性分析

使用該技術後可以使冷熱水蓄存的地下水溫度利用品位遠高於常規地下水溫,可大大進步熱泵的供冷供熱的性能係數。不僅可降低機組能耗,節省運行用度,而且可減少機組尺寸、降低設備投資。由於大幅度進步了地下水可供經濟利用的溫差,單井供熱供冷能力可進步一倍擺布,大大減少了冷熱水井的數目,並節省造井投資。表l給出了與常規係統初投資和運行費的比較,從表中可以看出,在節省運行費和初投資方麵具有較為明顯上風 ,具有經濟上的可行性。

4.節能性分析

常規地下水源熱泵有效地利用了低品味的地熱能,節省了大量的高品位能源,加之地下深井水溫冬熱夏涼,大大進步了熱泵機組的運行效率,節省效果明顯。與電鍋爐供熱係統相比 ,可以節省60%以上的電能,與燃料鍋爐供熱係統相比可節省50%以上的能量,與空氣源熱泵係統相比較可節省30—40%能量,而該技術實現了熱水井冬夏季交互感化,不僅充分利用了低品位的地熱能,同時又有效地利用了熱泵機組的排放熱量 ,使機組效率進一步進步。

四、存在的題目

我國地下水源熱泵技術的研究和利用尚處於起步階段,是以還麵臨一些急待需要解決的題目 。

1.深井水回灌難以保證。據調查,國內目前已投進使用的地下水源熱泵係統的利用工程有相當一部分未能保證深井水100%回灌,其啟事有三,一為地下水回灌是一項技術性很強的工作,並不是普通打井隊就能承擔的;二是為節省回灌井所需一次性投資,不設回灌井;三是假如采用壓力回灌,勢必增加一定的能耗及運行費 ,用戶不願設回灌井不采用壓力回灌。

2.尚未形成技術成熟的地下水源熱泵產品。地下水源熱泵冷熱水機組工況參數的確定和性能的適用性直接關係到地下水源熱泵係統的全年正常運行和能量消耗 。但是,由於我國目前還沒有標準可循,市場所提供的產品大部分未進行精確、嚴格的設計計算,也未進行過權威季國的檢測,不但額定製冷、供熱工況五花八門 ,而且幾乎均未給出全性能參數,特別是水量變化條件下,對製冷或供熱量和輸進功率的影響。

五、結論

1.改進現有深井探測技術,進步成井質量、出水量、回灌量,保證長年運行,進一步完善回灌蓄能技術,保護地下水資本,進步蓄能利用率。

2.建立良好的示範工程,及時總結經驗 ,以便更好地推廣利用。

3.製造廠家應積極開發適合蓄能水源特點的大溫差小流量機組,重視產品的性能與運行可靠性,特別是變工況運行的可靠性 ,以便適用於不同地區用戶。

4.積極開展機組的性能試驗研究,盡快擬定國家標準,以規範其技術。

5.國家和地方當局應盡快擬定有關政策和措施,鼓勵並撐持該技術的發展

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