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关于热泵技术及其应用的综述

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世界新能源-地热能网 2006-5-11 访问人数: 【字体:
足居住建筑的冷暖空调要求,是急需解决的问题。清华大学江亿提出采用深井回灌的水源热泵方式可能成为满足这种需求的住宅供热空调方式。

其原理,地下水从深井1中抽出进入板式换热器械2,与楼内循环水系统的水换热后,再通过深井2排到地下,循环水系统经住宅楼内管网送入各户,经各户的水源热泵产生热水(冬季)或冷水(夏季)送入末端装置,满足供热或空调的要求。  在对深井、水系统及水源热泵和末端装置进行了详尽讨论,最后进行了经济分析,结果表明,采用这种“一户一机、深进回灌”的水源热泵方式,优于目前的冬季燃煤锅炉采暖+夏季分体空调方式。同时系统管理方便,住户可很方便地单独对温度调节。这一方式全部能源由电提供,无任何污染,空调排热全部进入地下用于冬季供暖,不再对小环境造成热污染,并且遭受不悬挂室外机,美化了建筑外表面。由于地下水是全封闭式系统,因此既不消耗任何地下水源,又不会对其带来污染。目前需要政府部门制定相应政策,以支持这种节能、节水、保护环境的方式。

3、水源热泵应用测试分析

  空调所李先瑞等对大连发电总厂新建综合楼三层西侧一个房间()的水源热泵系统进行了一个冬季的实侧,得到如下结论:

(1)水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式,它既具有中央空调能效高,成本低和安全、可靠等优点,又具有分散式调节灵活、方便和便于收费等优点,是一种适合民用建筑的采暖空调方式。

(2)由于余热水源热泵具有热回收率高的特点,因此,经济性、节能性十分明显,在有条件地方应大力推广。

(3)自来水水源热泵系统,冬季采暖需补助加热,其经济性与加热热源方式有关。采用热效率高的燃气加热方式或以价格较低的蒸汽加热水作为加热源等热源时,以它们作为补助加热热源是合理的。

            

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4、水源热泵冷热水机组的经济性

  长沙铁道学院丁力行对湖南地区的中央空调系统,分别采用水源热泵冷热水机组、风冷热泵、溴化锂直燃机、水冷冷水机组+燃油锅炉四种方案进行了经济比较,结论是水源热泵冷热水机组具有初投资较小,且成本比其它三种中央空调小19~65%的优点。

5、中高温水源热泵用混合工质研究

  在地热利用中存在的主要问题是利用后排放的水温较高,一般为40~45℃。如利用这部分热水作为热泵热源,这就存在着一个使用甚么样的热泵工质问题,经采用CSD方程的大量计算,筛选出了一种低环害的非共沸混合工质,经实验测试,效果较好。采用此混合工质用以地热水(40~45℃)为低温热源的热泵系统,冷凝温度70℃左右,蒸发温度在20℃左右,冷凝压力在20以下,EER值在3.5~4之间,可以输出60℃左右的热水供用户使用。

三、地源热泵

  地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术,冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温,同时蓄存热量,以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点,引起了世界各国的重视。欧美等发达国家地源热泵的利用已有几十年的历史,特别是供热方面已积累了大量设计、施工和运行方面的资料和数据。

  我国是发展中国家,由于多种原因,地源热泵的开发研究仅仅是近几年的事。有关地源热泵方面的论文共收集了13篇,表明国内对研究开发地源热泵系统已引起了足够重视。论文主要内容有:

1、垂直U形埋管地源热泵实验

  青岛建工学院1998年建设了垂直铺设的土壤源冷热两用闭式热泵系统,地面设备采用美国谷轮OM300热泵机组和立式风机盘管;地下垂直埋设一根d45*4mmU形聚乙烯塑料管,深53m,孔网直径1.10m,塑料管总长110m(包括水平埋管4m),为了测试土壤温度变化,距主井每隔0.8m打一深13m的辅井。1998年8月26日开始运行测试,整个试验包含了二个夏季,一个冬季和二个春秋季,共五个季节。通过试验得到了如下结论:

(1)垂直埋管系统既可作为冬季采暖的热源,又可作为夏季空调的冷源,一机两用是可行的,它同水平敷设的系统比较,只占用极小的室外场地。

(2)采用一个单井作热泵冷热源时。夏季储热和冬季的储冷不明显,从设计角度可不予考虑。

(3)经过整个夏天(或冬天)的长期运行,埋管周围温度场发生变化,其作用半径大约3m左右。

(4)塑料埋管同地下的热交换能力如下:

a.向地下放热(制冷工况):按管长计算:20m/kw;按井深计算10m/kw;按管路外表面积计算;2.5m2/kw;

b.从地下吸热(制热工况):按管长计算:35m/kw;按井深计算:17~18m/kw;按管路外表面积计算:4.5m2/kw。

设计管路系统可按冬季工况设计,对夏季工况进行校核。

(5)在选择R22蒸发器和冷凝器时,建议参数如下:冷凝温度≤60℃,蒸发温度-2~7℃,制热时取低值,地下埋管充液按能抵抗-7℃的低温。地下流体流动温升6~8℃,蒸发器传热平均温差6~12℃,制热时取低值。冷凝器传热平均温差8~14℃,室内液体一般可不充防冻液。

(6)引进西方国家钻井下管一条成施工作业;开发特殊塑料管件:U型管件,二管接管技术。引进和开发特殊钻井回填填料,西方国家采用特殊的回填料可提高传热效果。

            

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2、垂直套管式埋管地源热泵试验及传热模型

  重庆建筑大学通过竖埋单管试验,地下套管式换热器较U形管换热器传热效率高20~25%,在单管试验的基础上,建设了10kw的地下套管式地源热泵系统,该系统地下部分为5排15根,深10m的竖埋套管,错排布置,间距1.5m,孔网与套管之间的缝隙用钻孔回收的岩浆回填,套管直径DN75~90mm,水管直径dN15~25mm,管材均为PVC塑料管。地上部分为水-空气热泵空调器;水-水热泵,末端采用立式风机盘管和冷暖地板。

热泵自98年10月投入使用,经过了两个冬季,两个夏季四个过渡季的连续运行测

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文章来源:网络 作者:新能源

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