地源热泵中央空调系统简介
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关于地源热泵的简要介绍
近几年国内空调器出现一股地源热泵的潮流,究竟什么叫地源热泵,工作原理是什么,有哪些特点,这里做一简单介绍。
一、什么叫热泵?
大家都知道,水泵有两个功能,可把水从低处打到高处,从一个地方输送到另外一地方。
借用这个道理,我们将可把热能从低位提升到高位,从一处搬运到另一处的设备称作热泵。
大家对水有低位和高位之分比较熟悉,但对热能有低位和高位可能了解的不多,但的确是这样。
比如一吨15℃的水降温1℃可以释放1000大卡的热能。
一吨60℃的水降温1℃,同样释放1000大卡的热能。
虽然热量是相同的,但对于15℃的热能,我们一般无法直接利用,而60℃的热能可以直接用来供暖。
我们称前者为低位热能,后者为高位热能。
二、什么叫地源热泵?
以地下土壤为热源,把地下土壤中的低位热能提升为高位热能,并且把地下热能搬运到室内的一种设备,就叫地源热泵。
当然也有把井水、江、河、湖、海水作为热源的热泵称为水源热泵,把空气作为热源的热泵,成为空气源热泵。
三、地源热泵是怎样提升和搬运热能的?
先举两个例子:
1、电冰箱插上电源,冰箱里变得冰凉,而冰箱两侧渐渐变得滚烫。
我们说,冰箱把里面的热量搬到了外面,并把零下的低位热能提升到五六十度的高位热能。
2、分体式空调,向屋里吹冷风,往室外排热风。
我们说空调把室内的热量搬到了室外,把30多度的低位热能,提升到五六十度的高位热能。
空调和冰箱又是怎样提升和搬运热能的呢?液体蒸发成气体需吸收大量的热,气体凝结成液体释放大量的热,空调和冰箱正是利用这一简单的原理。
空调和冰箱都有一个压缩机循环系统。
里面装有工作介质,一般都用氟里昂通过压缩机加压后,气态工质进入冷凝器,放出大量的热量,凝结成液体,再经节流器降压进入蒸发器,它在蒸发器里吸收大量的热量,蒸发成气体,如此循环。
还有两
个循环必须同时进行,才能实现对室内的制冷、供暖:一是必须通过循环水进入蒸发器里连续不断的供热,二是通过循环水进入冷凝器里连续不断的吸热。
换句话说,就是夏天我们把地下水接到冷凝器,吸热后送回地下,把空调系统水接到蒸发器,被吸热降温成7℃左右的冷冻水,送入风机盘管,使室内降温。
冬天,我们把地下水接到蒸发器,提供热量,降温后再送入地下。
把空调系统水接入冷凝器,吸热成为50℃左右的热水再送到风机盘管,向室内供暖。
靠这三个循环系统:井水循环系统,压缩机循环系统,末端循环系统连续不断的运转,就把地下土壤中的热量提升和搬运到了室内,或把室内的热量提升和搬运到了地下。
说到这里,你可能还会有疑问,能量是守恒的,想要让15℃的水提升到50℃,这里所需能量是从哪来的呢?地球表层土壤像一个巨大的热库,吸收了太阳对地球辐射能量的47%,这是个巨大的天文数字。
相当于全世界所消耗能量的600倍。
我国南方地表层(地下三米)常年温度一般在17-18℃,北方11-12℃,北京为14-15℃。
地表土壤中储藏的热能是无穷无尽的。
但是,14-15℃温度太低,不能直接利用。
而地源热泵就有提升和搬运低位热能的专长,有了它,就可使地下沉睡亿万年的热能温暖千家万户,而且是完全免费的,不要一分钱。
提升热能,就象负重爬山一样,是很费劲的,是要消耗能量的,所以要花一点运费。
这里所消耗的能量就是电能,运费就是电费。
要花多少运费呢?按15℃提升到50℃来计算,若提升四份热能,则需花一份电能的费用。
四、从土壤中提取和释放热量的几种方式。
1、打井:以地下水为载体,吸取和释放热量,一般需一口井抽水、一口井回灌,并且两口井距离应在50-100米,以使抽水温度保持稳定,使主机能高效稳定工作。
此种方法是目前地源热泵系统中提取能量比较常用的方式。
2、埋管:地下埋管,以管中液体作为载体来提取和释放热量。
靠管壁与土壤接触传导来交换热量,效率较低,占用场地较大,成本略高。
适合于小型工程和场地较大而地下缺水的地区。
3、江、河、湖、海直接抽、回水或在其中埋管,通过管壁与水进行热量交换。
适合于水量大,冬天不结冰地区。
4、工业废水、中水、地热尾水。
直接利用或在其中埋管,适用于有稳定大
水量的情况,可以废热利用。
五、地源热泵技术在国外发展情况。
一九一二年,瑞士人ZOELLY首先提出利用土壤低位热量热泵技术的设想。
直到上世纪七十年代,由于能源危机和环保呼声日益高涨,地源热泵技术首先在北欧兴起,很快在整个欧洲、美洲,日本迅速发展。
美国一九九九年统计已使用低源热泵四十万台,而且以每年百分之十的速度不断增长。
欧洲家用供热装置中,地源热泵所占比例,丹麦为百分之二十七,奥地利为百分之三十八,瑞士为百分之九十六。
日本由于能源短缺,政府采取有力政策扶持,地源热泵已获广泛应用。
六、地源热泵技术在我国的发展情况。
地源热泵技术在我国发展较晚,直至一九九七年左右,才开始有商业性应用。
原因主要是我国过去的能源政策,以燃煤为主。
所以,只要盖房就要竖大烟囱。
近年来,政府对环保日益重视,尤其是大中城市,都要求改用清洁能源,改燃煤为烧气,烧油,由于费用太高,用户纷纷寻求新的出路。
这时,地源热泵技术应运而生,并受到日益广泛的重视,发展十分迅猛。
北京从一九九年开始,现有二百多万平方米采用地源热泵技术,还有一百多万平方米正准备采用。
地源热泵已列为北京奥运项目,作为科技奥运、绿色奥运的重要内容之一。
七、地源热泵的特点:
1、一套设备,可实现冬季供暖、夏季制冷,全年提供生活热水的三种功能。
2、节能。
比电锅炉、电热膜节电百分之七十五,比分体式空调节电百分之三十至四十。
3、省钱。
一次性投资,比锅炉加冷水机组节约百分之十到二十。
运行费用,冬季比燃气节省百分之四十到五十,夏季比中央空调节省百分之二十左右。
4、环保。
无废水、废气、废渣排放,无烟尘排放。
无噪声,振动低,不扰民。
5、安全。
无燃烧、无高压、高温,无火灾、爆炸等事故隐患。
6、计算机自动控制,智能化自动运行,管理方便,可分户计量,省工、省时、省地。
地源热泵中央空调与其他冷热源的技术特点对比
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不同方式供暖中央空调的机房投资及运行费用的对比(以一万平方米建筑物为例,冷负荷100W/平方米):
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