土壤源热泵系统的研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流土壤源热泵系统的研究.精品文档.土壤源热泵系统的研究现状与发展前景所谓土壤源热泵系统（ground-coupled pump,简称GCHP），是利用地下换热盘管与土壤进行热交换，把大地作为热泵机组的低温热源和排热场所。它由地下盘管和常规水源热泵机组组成，夏季供冷时，土壤作为排热场所，把室内冷负荷以及压缩机耗能通过地下换热盘管排入土壤中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。冬季供热时，土壤作为热泵机组的低温热源，通过地下盘管获取土壤中热量，供给室内，亦即把土壤中夏季蓄存的热量重新释放出来，使大地热量基本稳定。土壤源热泵技术是随着全

2、球性的能源危机和环境问题的出现逐渐兴起的一门技术。1974年以来，随着能源危机和环境问题日益严重，人们又重视起以可再生的土壤源为能源的土壤源热泵系统的研究，具代表性的有oklahoma州立大学、oak ridge国家实验室、louisiana州立大学、 brookhauen国家实验室等，并首次出现了应用实例，标志着土壤源热泵系统的再次兴起。根据有关研究，地表以下3-4m，土壤的温度已相当稳定，而且热容量大，所以土壤是很好的热源和排热场所。我国南方地区目前一般用空气源热泵系统，由于冬季供暖时受到冬季室外空气温度和湿度的制约，在最冷月份往往无法满足建筑物内舒适空调的要求，而且冬季蒸发盘管容易结霜，

3、降低机组传热效率。为解决冬季供热量不足和结霜问题，需加辅助热源，用土壤作为热泵系统的低温热源，与空气源相比，主要有以下几方面的优点：全年土壤温度波动小且数值相对稳定。冬季土壤温度高于对应气候下的地面空气温度，我国长江以南的一些主要城市，3.2m深处土壤历年气温最低两个月的平均温度为8-22，所以冬季供暖系数较高，COP值一般为2.3-3；埋地热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗；土壤具有较好的蓄热性能，冬季从土壤中取出的热量可在夏季得到补偿；在室外温度处于极端状态时，用户对能源需求量处于高峰期，由于土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟作用，可以提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度，节能效果非

4、常明显；土壤源热泵系统的换热器设在地下，换热效率高且不占用地面用地，没有空气源热泵的风扇耗能及产生的大量噪音，转动部件相对较少，运行可靠。从目前国外实际使用情况分析，土壤源热泵系统的主要缺点是：埋地换热器受土壤性能影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度和蒸发温度受土壤温度的变化发生波动；土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般为25W平方米，所以当供热量一定时，换热盘管占地面积较大。土壤源热泵系统因节能、节水而普遍受到美国、加拿大、欧洲各国等的关注。据报道，至1983年，瑞典就有6000多个水平埋管热泵系统，美国有l万多个此类系统在运行之中，主要用于居民住宅、别墅、学校、

5、商业建筑。我国至今还没有应用实例，但己经有一些研究人员把目光投向该系统。我国长江以南以及东南沿海大部分经济较发达地区，随着人民生活水平的日益提高，对热舒适的要求也越来越迫切，不但要求夏季供冷，而且希望冬季供暖。采暖已由我国北部地区逐渐向南发展。目前，这些地区冬季一般不设置集中供暖，为改善冬季室内热环境，主要措施是局部设置专用锅炉或直接电加热。前者由于能源利用率低、对环境污染严重等原因使其应用受到限制；后者由于电是高品位能源，用它直接采暖很不经济，且增加电力负荷，加剧用电紧张局面。空气源热泵是一种高效节能的供暖技术，但存在一些不利因素，制约它的广泛应用。太阳能、土壤是大自然赐于我们的财富，现在还

6、没有很好地利用它，因此，在我国开发、研究土壤源热泵技术有很大的发展前景和较高的经济效益。地热能源获外资关注 有望成又一个新投资亮点地热是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。日渐成为继太阳能、风能等之后的又一个新的投资亮点。近日，中国石化与北欧金融集团格里特利尔银行在中冰地热能源报告会共同宣布，将深入开发位于我国陕西省咸阳市地热资源。咸阳市位于关中盆地中部，是“西部大开发”和“关中一线两带建设”的重要城区。近年来，随着城市建设的飞速发展，地热资源开发利用也得到了快速发展。目前，咸阳城区及周围300平方公里范围内，热

7、水储量为495亿立方米，折合标煤7.2亿吨；推测远景区面积为3000平方公里，热水储量为3450亿立方米。据了解，地热是重要的能源类矿产，又是可再生的清洁能源，中国地热资源丰富，全国主要沉积盆地距地表两千米以内储藏的地热能，相当于两千五百亿吨标准煤的热量。事实上，目前外资投资我国地热能源的现象并不多见。中国石化与北欧金融集团格里特利尔银行的合作，吹响了外资进军我国地热能源的号角。随着我国向西部转移的战略目标的实施，中西部地区的地热工作已逐步得到加强，并已取得显著进展。地热在奥运场馆中也得到了充分利用。2005年8月开始建设的北京工业大学体育馆，总建筑面积24383平方米。该工程属于奥运重点工程

8、。采用深层地热资源提供热源，制冷采用浅层地热资源提供冷源，实现节能环保供暖与制冷。目前，在地热发电、采暖、温室、养殖、康复医疗、提取化工原料、旅游以及瓶装矿泉水等方面已获得广泛利用。据了解，我国计划到2020年将可再生能源在能源总量中的比例从目前的7提高到15，政府也正在大力扶持发展风能与太阳能，相应投资也飞速增长，但热岩、热水、热蒸气等地热能源的勘探工作却进展迟滞。一个装机容量为1兆瓦的地热发电项目造价大约300万美元。行业分析人士表示，由于高昂的投资限制了地热能源的发展，这个行业更需要得到政策扶持。业内专家表示，我国到目前为止还没有具体政策推动地热能源开发，地热能源难以像风能一样获得快速发

9、展，国家应精简监管结构以及实行财政激励措施来促进地热能源开发。建设部大力推广地源热泵应用日前，建设部确定了今明两年资源节约的工作重点，即大力推广可再生能源在建筑领域的规模化应用，着力解决资源节约与城乡建设中的突出矛盾，努力建设节约型城镇。其中地源热泵、水源热泵在建筑中的推广应用是其部署的六大重点工作之一。地源水源热泵作为一种优化的空调能源方式，能大幅提高建筑物内部的能源利用系数，节能且环保。在提倡可持续能源利用的今天，我们对地源水源热泵的应用需给予充分的关注和认识。 地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方

10、，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。 地源热泵（ground source heat pumps，GSHP）系统包括三种不同的应用形式：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵，也有资料文献成为地下耦合热泵系统（ground-coupled heat pump systems）或者叫地下热交换器热泵系统（ground heat exchanger）；以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统（ground water heat pumps）；以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统（surface-water heat pumps）。这样的分类在国内的暖通空调界已经达到了共识。地源

11、热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。地源热泵是一种既可供热又可制冷并提供生活热水的节能环保的先进技术。通常，地源热泵消耗度电的能量，用户可以得到相当于度电左右的热量或冷量，其运行费用比传统产品低60%以上、寿命达25年以上，而且具有节省投资、独立计费、无人值守、维护费用较低等特点。采用热泵技术为建筑物供热或制冷可大大降低燃料消耗，不仅节能，还可减少燃烧矿物燃料而引起的二氧化碳和其他污染物的排放。这些特点成为地源热泵取代传统建筑能源

12、的优势。 建筑面积剧增催生巨大能源需求 地源热泵成主角 随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，近几年来城市建筑面积急剧增加。目前，我国现有建筑的总面积约400亿平方米，预计到2020年还将新增建筑面积约300亿平方米，大约每年以18亿20亿平方米的数量增加。 建筑面积的剧增预示着建筑对供热与制冷能源的需求存在巨大的增长空间。如果按照人均概念来讲，目前我国的需求水平还处在一个比较低的位置。未来，我国建筑能源的需求将增加3.5倍，建筑用能的比重在整体能源需求中将从目前的17增加到26。这已成为我国社会今后关注的一个焦点。 值得我们注意的是，传统的建筑能源主要依靠煤来提供，产生了大量的危害气体，

13、由此而形成的环境压力是巨大的。以供热为例，年二氧化碳和二氧化硫的排放量分别为400万吨和4亿吨。如果在供热能源效率方面没有大幅改善的话，供热用煤量和有关的排放量到2020年将增加一倍。 因此，建筑节能是整个社会节能的重点。地源热泵技术高效、节能、环保，有利于可持续发展，在建筑领域的规模化应用不仅可以提高自然资源的利用效率，而且在节能的同时又可保护环境。 地源热泵在国外的发展与应用 地源热泵技术始于1912年瑞士Zoelly提出的“地热源热泵”概念。1946年美国开始对地源热泵进行系统研究，在俄勒冈州建成第一个地源热泵系统，运行很成功，由此掀起了地源热泵系统在美国的商用高潮。1985年美国安装地

14、源热泵14000台，1997年则安装了45000台，目前已安装了40万台以上的地源热泵，并且以每年10的速度递长。1998年美国商用建筑的地源热泵空调系统已经占到空调保有量的19以上，其中在新建筑里面占30。地(水)源热泵在我国的发展与应用 早在50年代，我国就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。 目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的

15、成果，已建成数个示范工程。 以水源(地源)热泵产品切入家用与大中型中央空调市场，不仅为前几年的实践所证明是十分有效的措施，也是许多生产厂之未来打算。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。通过利用地下水这一大地耦合方式，采用抽水回灌方式节约能源。山东际高以蒸发冷凝方式，引进瑞典专利技术，生产小型水冷冷水机组，在北方市场销路良好。广州中宇开发水环1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座

16、采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。“华亭嘉园”即是此项目的应用。 2000年6月19至23日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。 建设部工作重点的确定，为地源热泵的推广应用奠定了政策基础。地源热泵技术在建筑领域的规模化应用是建筑节能的有力措施。地源热泵的研究应用将步入一个新的阶段日本热泵节能引人瞩目新华网东京月日电（记者 何德功） 在人们日益关心节能的今天，热泵节能技术

17、在日本引人瞩目。采用这一技术的热泵蓄热空调系统能通过加热或冷却空气，更加节能地为建筑物内部供应冷、热水，调节室内温度。这种新系统由类似空调室外机的热泵主机和大容量保温水箱等设备组成。热泵主机的工作原 理是吸入空气，通过热泵循环加热空气，然后再用热空气加热生活用水，直接供用户使用。与此相反，热泵中的制冷剂能将被吸入的空气冷却，然后为用户提供冷水。据计算，使用热泵与使用传统方法直接加热或冷却水相比，能够节约大量电能。目前，热泵已经开始用于日本的办公楼和普通家庭。流经东京的重要河流隅田川的入海口附近，矗立着由十几座高楼组成的晴海商业区，就业人口有两万多人。该商业区地下米处有台高性能热泵和可容纳万吨水

18、的蓄水箱，分别储存夜间处理好的摄氏度的热水和摄氏度的冷水，并通过管道输送给用户。在隔热性能越来越好的自动化办公室，计算机等办公设备排出的热量使室内温度增高，对空调的需求日益增加。而晴海商业区内需要空调的场所均使用热泵调节室内温度。当地还有一座可容纳人的音乐厅，为使那里存放的乐器保持良好的性能，在夏天多雨时需要除湿，冬天寒冷时要保持供暖。热泵技术也有效地解决了这一问题。由于夜间电力相对便宜，因此晴海商业区以上的热水和冷水都是在夜里处理好的。白天热泵停用，以避开用电高峰。与采用传统技术相比，晴海商业区的二氧化碳气体排放量减少了，节约电费。由于日本资源能源厅对热泵蓄热空调系统给予设备投资补助，到今年

19、月，日本已经有万座楼房使用了热泵。热泵热水器于年开始进入日本家庭，政府对消费者给予一定的补助。这种热水器可以使每户节能，很受用户欢迎。政府有关人士预计，到年大约有万个日本家庭会使用这种热水器。现在这种产品进一步普及的主要困难是价格太贵，每台热泵热水器售价万日元（美元约合日元），即使有政府补助，也比一般热水器贵万日元。目前，制造厂家正在想方设法降低制造成本，让热泵热水器的价格更能让人接受。日本住宅环境计划研究所的专家中上英俊认为，要减少对进口能源的依赖，达到京都议定书规定的温室气体减排目标，即年到年间日本温室气体排放要减少，家庭、办公楼必须控制不断增加的能源消费，节能是人们的正确选择。热泵节能技

20、术因顺应时代潮流，发展前景广阔。 空调器停机后为什么等3分钟后才能重新启动？因为空调器停机后，压缩机的排汽侧和吸汽侧压差较大，一般为1.41.6Mpa，这时若立即启动空调器容易造成系统损坏，过3分钟后，高压侧的制冷剂通过毛细管慢慢流到低压侧，这时高低侧压力基本达到平衡，就可以启动空调器了。变频空调器有什么特点？一般空调器由于压缩机电机转速是固定的，所以当系统参数确定后，它的制冷(热)能力是固定的。而变频空调器采用了变频压缩机，转速的变化与频率成正比，当变频空调器通过变频控制器变化频率后，电机转速随之变化，从而制冷（热）能力也发生变化。因此变频空调器可以根据房间的冷热负荷来自动调整制冷和制热能力

21、，负荷大，能力大，负荷小，能力小。 变频空调器的主要优点有：1）采用低频启动，启动电流小，对电网干扰小，节能；2）能快速制冷、制热，且制热功能较强，受外界气温影响较小。3）启动后长期运转，控温精度高达0.5。（一般定频空调器的控温精度只能达到1.5）家用中央空调与一般空调的区别在一般人的眼中,中央空调只能是宾馆大厦的“专利”。因此，当人们乍从媒体上看到家用中央空调这个名称时，既陌生又好奇。家庭真能使用中央空调吗？ 家庭中央空调(户式中央空调)是一个小型化的独立空调系统，在制冷方式和基本构造上类似大型中央空调。由一台主机通过风管或冷热水管连接多个末端出风口将冷暧气送到不同区域，实现对多房间调节温度的目的。与传统的家用空调相比，家用中央空调可轻而易举地引入新风，大大改善室内空气质量，免除“空调病”的烦恼。接上风管可以向卫生间送风，居室内空气分布更为合理，温度均匀，波动少，舒适感好。利用室内吊顶装璜能使室内机方便地安置在天花板内，并融入整个装璜效果中，大大改善了因采用多台分体分间空调器所造成室外机太多而影响建筑物的外观及造成不安全的隐患，并可免除传统分体机的制冷剂连接管暴露并悬挂在室内半空中的不雅状态。