析地源熱泵技術與環(huán)保節(jié)能
論文關鍵詞:熱泵 地源熱泵 地熱 空調
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論文摘要:介紹了地源熱泵的工作原理，并通過比較地源熱泵與傳統(tǒng)空調系統(tǒng)的運行費用，說明了地源熱泵在運行費用方面具有較大優(yōu)勢。雖然地源熱泵的應用受到一些制約因素的影響，但作為一項節(jié)能新技術，地源熱泵必將擁有廣闊的應用前景。
1、熱泵及其節(jié)能環(huán)保原理
熱泵是能有效節(jié)省能源、減少大氣污染及co:排放的供熱和空調新技術。熱泵通過做功使熱量從溫度低的介質流向溫度高的介質。空調系統(tǒng)一般應滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求，傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)通常需分別設置冷源(制冷機)和熱源(鍋爐)。如果讓傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節(jié)省了初期投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，還能大大減輕供暖造成的大氣污染問題。熱泵可以通過直接燃燒燃料(石油、天然氣)產生熱量，并通過若干個傳熱環(huán)節(jié)最終為設備和建筑供熱。在鍋爐和供熱管線沒有熱損失的理想情況下，一次能源利用率最高可達l00%。但是，燃燒燃料通常會產生1500~1800℃的高溫，是高品位的熱能，而建筑供熱最終需要的是20~25℃的低品位的熱能，這就是說直接燃燒燃料為建筑供熱意味著大量可用能的損失。如果先利用燃燒燃料產生的高溫熱能發(fā)電，然后利用電能驅動熱泵從周圍環(huán)境中吸收低品位的熱能，適當提高溫度再向設備和建筑供熱，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供熱的一次能源消耗。所以采用燃料發(fā)電再用熱泵供熱的方式，一次能源利用率可以達到200%以上。熱泵利用的低溫熱源通常可以來自環(huán)境(大氣、地表水和大地)或各種廢熱。應該指出，由熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源。
2、地源熱泵供熱技術特點
地源熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統(tǒng)的另一個顯著的特點是提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點，地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%~60%。另外，地源溫度較恒定，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，整個系統(tǒng)的維護費用也較鍋爐一制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。
3、地源熱泵的一些不足之處及部分解決方法
地源熱泵系統(tǒng)在運行費用方面有明顯優(yōu)勢，但同時也有一些不利因素，這些因素制約了地源熱泵的快速普及。其中最主要的制約因素是初投資較大，地源熱泵的初投資不僅包括傳統(tǒng)空調系統(tǒng)所需的地面上管路和設備的投資，還包括埋地盤管投資、埋地盤管敷設投資以及購買敷設盤管所需土地的使用權或所有權的投資。初投資成為影響地源熱泵在發(fā)展中國家推廣的重要因素之一。另一個制約地源熱泵普及的重要因素是技術不是十分完善。比如，由于各地的地質結構相差很大，造成埋地盤管與土壤間的換熱系數(shù)也相差很大。這在設計埋地盤管長度時將產生問題:若埋地盤管設計過長，將會造成大量初投資浪費;若設計過短，不但滿足不了設計工況要求，還可能造成設備損壞。除此之外，還有管路防凍液的選取，變工況運行等問題需解決。不過，地源熱泵不足之處目前已得到部分解決。如混合型地源熱泵系統(tǒng)即較好地解決了初投資高和埋地盤管長度設計困難等問題。由于在許多大型地源熱泵的應用中，制冷所需的埋地盤管長度要遠大于加熱所需的盤管長度。在這種情況下，為降低初投資可用冷卻塔代替一部分埋地盤管，即混合型地源熱泵系統(tǒng)，冷卻塔只在冷負荷大于埋地盤管所能提供的冷負荷時才投人運行，其作用與埋地盤管類似，只不過冷卻塔是將室內的熱量排到大氣中去，而埋地盤管是排到大地中去。
4、地源熱泵的前景展望
傳統(tǒng)空調的運行費用遠高于地源熱泵系統(tǒng)，而電加熱器則效率低且取暖面積十分有限。當前，我國經(jīng)濟高速增長，社會購買力大大增強，地源熱泵的高初投資對其應用的影響將越來越小。隨著科技的發(fā)展，地源熱泵的技術將更加成熟而其使用成本將下降。因此，如果能采取恰當?shù)臓I銷策略，地源熱泵必將擁有廣闊的市場前景。
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