(最新)地源热泵技术及其应用

(最新)地源热泵技术及其应用内容摘要：

的热量为 Q1，图上等于 S S4所 围 的面积，即 Q1=TL(S1S4) ， S 为熵值。 T 为绝对温度，角码表示高 （Ｈ） 、低 （ L）。 . 2 状态～ 3 状态是向高温热源放出的热量为 Q2， Q2，图上等 SS1 、 3 所围的 面积，即 Q2=TH(S1S4) 系统所作的功 W=Q2Q1图上为 Q2的面积减去 Q1的面积，即 W=(THTL)(S1S4) 根据 制热系数 WQCoph 2? 15 即 ? ?? ?? ?4141 SSTT SSTCophLHH ?? ?? 简化后LHH TT TCoph ?? 根据 Copc 的定义WQCopc 1? 即 ? ?? ?? ?4141 SSTT SSTCopCLHL ?? ?? 简化后 LHL TT TC o p c ?? 这两个式子，是我们常用来计算热泵热性 能 系数的公式。 我们举个例子如下 ： 例 1，用热泵向室内供热温度 TH=50℃ ，而低温热源是 武汉的 地下水，其水温一般 18℃ ， 即 TL=18℃ 按LHH TT TCoph ?? 式计算。 )18273()50273( 27350 ????? ??Co ph 可见其节能效果是十分明显的。 如果室内热负荷为 10kw，那么驱动热泵的所耗的电能 W 只为： kw..kwCophQW 910910102 ??? 尚不足 1kw， 表面上看起来，好似是违背了热功守恒原理，其 实根 据上面关于 Coph 的定义和推导过程，我们则会解除此疑虑。 Q2中包括了 Q1和机械能 W。 Q1是从低温热源中被吸出来的 ，并不全是 W 变来的。 制冷工况同样有显著效果，低温地下水 可吸收大量热量。 从上面的例子可 大致的说明，通过热泵，室内获得 10KW 的热量，大约有 90%是从低温热源中得到的。 机械能耗热量仅 占 10%不到。 而低温热源是浅层地热能时，它又是可再生的，所以地源热泵技术是 21世纪最有发展前途的节能技术是 毋庸置疑 的。 应该指出的是：以 上是根据理论的推求。 都假设是理想可逆条件，它未考虑动力 机的功率耗损、系统的摩、散、滴、漏等因素， 如果 把实际状态的情况考虑进去，实际 Coph ，应考虑 几 个折减系数，压缩机系数 80.?? ，系统指示效率 ?? ，机械效率 ?? ，所以总共应折减 %，像上述例子，其 Coph 则 只 为 ，目前 商业产品 的 Coph 16 也普遍在 4~5 左右，节能效率已是相当可观了。 （ 4）地源热泵的分类 地源热泵分类非常繁乱，由 ASHRAE 统一 的 术语标准， 各界都能接受，它主要是突出了低温热源的不同而分类，即： 地下水源 热泵系统；地表水 源热泵 系统；土壤源热泵系统。 在 我国 《地源热泵系统工程技术规范 》（ GB503662020）中，把上述分类简化为地下水 换热系统 、 地表水换热系统 、地埋管换热系统。 不论是上述那类系统。 又可根据热泵机组中换热器所接触的 载热介质 再 进行分类；即水 — 空气热泵；水 — 水热泵。 破折号前的字为低温热源交换介质的属性；破折号后面的字为室内 侧 热交换介质的属性。 可详见下图 9。 图 9 按载体介质属性分类 从图 9 可知地源热源一 侧 的介质都是水，而 建筑物一侧， 一种形式是以热风（冷风）的形式传递， ； 另一种形式则是风机盘管形式，即水（热媒水或冷媒水）通入盘管制冷或制热。 地下水源 热泵系统 （ 1）概述 前面已经 讲 到，地壳 浅层 是一个大热库，它们怎么才能被利用。 抽吸 地 下水是首先被人们想到的，它的温度很稳定，基本上不受大气温度的影响而波动，很重要是它在冬天 比 大气温度高，是很好的热源，在夏天它 比 大气温度低是很好的冷源。 因此地下水源热泵系统的能效比 高。 与传统的空气源热泵系统相比，能效 比 提高 40%可节能 23—44%。 地下水 源 热泵，它的热交换 在地下，克服了传统空 调 的“热 岛 17 效应”。 其经济效益也是明显的，美国 曾 对 127 个地下水源热泵系统做了实例统计，比传统系统的运行费用可 省 18— 54%。 国内一般 比 传统中央空调 空气源 的 cop 提高 40%。 我国主要地区地下水温度状况见表 .2 国内 各主要地区地下水温度状况 表 2 城 市 地下水温度 /℃ 年平均温度 /℃ 供暖室外设计温度 /℃ 冻土层深度 /cm 海拉尔 6～ 8 34 242 哈尔滨 8～ 10 26 205 长春 10～ 12 23 169 沈阳 12～ 16 19 148 北京 14～ 20 9 85 上海 16～ 22 2 8 广州 18～ 24 7 0 武汉地区地下水基本特征一览表见下表 3 18 武汉地区地下水基本特征一览表 表 3 地下水源热泵系统，可有分散式分布系统和集中式分布系统，为下图 19 地下水源热泵系统，可有分散式系统和集中式系统，如下图。 图 10 地下水式水源热泵系统 从图中还可看出一种分类划分， 左 图地下水不入主机，只在板式交换器进行热交换，而不入热泵 机 系统，一般称之为闭式系统，图 10之 右 图 ，地下水直接入主机 ，之后把热媒水和冷媒水直接 送入 末端。 （ 2）设计 中几个关键技术问题 根据《地源热泵系统工程技术规范》（ GB50366— 2020）的 强条511，地下水换热系统应根据水文地质 勘察 资料进行设计。 要对水量，水质，按《 供水 水文地质勘察规范 》 （ GB50027）执行。 并应进行地下水资源评估，提交地下 水 主管部门 审批。 当然这些基本要求要视工程规 模 ，需水量大小灵活掌握。 （ 1）需 水量的计算 20 21 水量的需求是根据建筑物的冷热负荷和机组性能及组合形式等有关。 还要考虑地下水的本底温度等，一般情况下，还 可用下面公式估计其需求量。 夏季可以用以下公式： MC=QC /（ C△ TC） 式中： QC：夏季机组向地下排热量（ KW），实际上就是冷负荷值； C：水的比热（ KJ/Kg℃）； MC：夏季所需地下水量（ KG/S）； Δ TC：夏季冷凝器出水与进水的温差。 实际上为地下水进水口温度与冷凝器出水温度之差。 冬天可采用以下公式： ME=QC/（ CΔ TC） 式中： QC：冬季机组从地下水中吸收的热量，即热负荷值； C：水的比热（ KJ/Kg℃）； Δ TC：冬季蒸发器进水，出水温差。 实际上为地下水井中进水 口 温度与蒸发器出水温度之差。 有了对地下水的需求量，再看水文地质勘察成果中的可开采量能是否满 足机组对地下水的需求量。 还要考虑开采的可行性，及取水工艺等。 22 （ 2）水质 水质，热泵机组对水质有一定要求，基本要求是：澄清、不腐蚀、不滋生微生物，不结垢等。 参照国内有关冷却水用水水质标准，结合空调系统的工作特点 对地下水水 质 的要求，可参照下 表 5 地下水水质参考标准 表 5 序号 项目名称 允许值 1 含沙量 1/202000 2 混浊度 /（ mg/L） ≤ 10 3 pH 值 ~ 4 Ca2+、 Mg2+总矿度 /（ mg/L） 200 5 Fe2+/（ mg/L） 6 Cl/（ mg/L） ≤ 1000 7 ?24so /（ mg/L） ≤ 1500 8 硅酸 /（ mg/L） ≤ 175 9 游离氯 /（ mg/L） 10 矿化度 /（ mg/L） 3 11 油污 /（ mg/L） 5（此值不应超过） 如果 地下水水质不能满足要求，则需在热泵系统中 采 取水处理的措施。 在计算水量时要有热负荷、冷负荷等参数，在机组已定，运行工况热性系数也已确定的情况是可以计算的。 当在方案设计阶段或小工程，可以参照下表进行估算 负荷。 单位面积热值 指 标 ：当只知道建筑总面积时，其采暖热指标可参考 表 5 所 列数值 [3] 采暖热指标 表 5 建筑物类型 住宅 办公楼 医院幼儿园 旅馆 图书馆 商店 单层住宅 食堂餐厅 影剧院 大礼堂体育馆 热指标 、 /（ W/㎡） 4570 6080 6580 6070 4575 6575 80105 115140 90115 115160 23 注：总建筑面积大、外围护结构热工性能好，窗户面积小，采用较 小指标， 反之则多采用较大的指标。 根据国内现有的一些工程冷负荷指标套用 ，见表 6 冷负荷指标 表 6 建筑物类型 旅馆 办公楼 图书馆 医院 商店 体育馆 计算机房 数据处理 剧院 会堂 冷指标、 /（ W/㎡） 8090 85100 3540 8090 1051。