熱泵技術(shù)的分類及案例

    熱泵技術(shù)的原理是從周圍環(huán)境中吸取熱量,包括從自然界的水、空氣或土壤中獲取低品位熱能,讓其充分釋放能量,利用少量高品位的電能作為驅(qū)動能源,變成可為人所用的高品位熱能。按照功能與熱載體的不同,熱泵技術(shù)主要分為三種:土壤源熱泵系統(tǒng),水源熱泵系統(tǒng)和空氣源熱泵系統(tǒng)。三種系統(tǒng)主要優(yōu)缺點(diǎn)如下表:

    表1.1  三種基本熱泵系統(tǒng)比較

    熱泵系統(tǒng)

    優(yōu)   點(diǎn)

    缺  點(diǎn)

    土壤源熱泵

    1.節(jié)能環(huán)保

    2.一機(jī)多用,應(yīng)用范圍廣

    3.運(yùn)行穩(wěn)定、**

    1.初期投入成本高

    2.使用受到場地限制

    3.維護(hù)工作繁重

    水源熱泵

    1.節(jié)能環(huán)保

    2.一機(jī)多用,應(yīng)用范圍廣

    3.運(yùn)行穩(wěn)定、**

    1.初期投入成本高

    2.機(jī)組易損壞老化

    3.維護(hù)工作繁重

    4.若運(yùn)用地下水,回灌問題復(fù)雜

    空氣源熱泵

    1.資源豐富,應(yīng)用范圍廣

    2.節(jié)能環(huán)保

    3.實(shí)用性良好

    1.機(jī)組除霜問題大(特別在北方)

    2.受氣候限制大

    3.部件易損壞

    2  土壤源熱泵技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例分析

    2.1  工程概況

    無錫恒華科技園位于無錫市太湖新城,項(xiàng)目總建筑面積10萬m2,主要為科技研發(fā)用房。一期4#、5#樓采用土壤源熱泵系統(tǒng),建筑面積7684m2,目前已建成并投入使用。該土壤源熱泵系統(tǒng)主要由室外地下?lián)Q熱環(huán)路系統(tǒng)、室內(nèi)換熱系統(tǒng)、土壤源熱泵機(jī)組三部分組成 [1]。

    2.2  土壤源熱泵系統(tǒng)常見問題及解決措施

    在土壤源熱泵系統(tǒng)安裝與運(yùn)行過程中,常遇見的問題及解決措施如下:

    (1)地埋管的敷設(shè)

    本工程采用垂直埋管地源熱泵系統(tǒng),這種埋管方式可有效減少對的土地占用,管路及水泵用電少,但其缺點(diǎn)是管井?dāng)?shù)量多,初投資高。地埋管的敷設(shè)方式受很多因素的影響,設(shè)計人員可以綜合考慮、選擇一種好的地埋管敷設(shè)方式,既可以起到優(yōu)化設(shè)計的目的,也可以減少施工投資。

    (2)地埋管換熱器的傳熱性能

    4#、5#樓的冷熱負(fù)荷*由地源熱泵系統(tǒng)供給。為了準(zhǔn)確掌握工程地點(diǎn)的地質(zhì)情況和地下熱物性參數(shù),根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程規(guī)范》(GB50366一2005)的規(guī)定,在系統(tǒng)設(shè)置前安裝地埋管的實(shí)驗(yàn)孔,進(jìn)行地下響應(yīng)測試。在熱響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,根據(jù)建筑的冷熱負(fù)荷計算數(shù)據(jù),并考慮熱泵機(jī)組的cop影響,確定地源熱泵系統(tǒng)埋管方案。

    (3)系統(tǒng)全年輸出的冷負(fù)荷與熱負(fù)荷不相等

    熱泵系統(tǒng)的取熱負(fù)荷遠(yuǎn)小于散熱負(fù)荷,如果不采取有效措施,地下平均溫度將會逐漸上升,不能滿足系統(tǒng)長期取、放熱需求。為了使地下溫度場不發(fā)生季節(jié)性的換熱不平衡,就需要采取相應(yīng)措施。目前在工程實(shí)踐中,較有效的解決措施是在系統(tǒng)中增加輔助冷卻塔,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況承擔(dān)部分夏季散熱負(fù)荷。

    一期項(xiàng)目自2007年11月投入使用,經(jīng)歷了兩個采暖期、一個空調(diào)制冷期后,對系統(tǒng)進(jìn)行性能考察,結(jié)果系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,埋管土壤溫度無明顯波動[2]。

    2.3  經(jīng)濟(jì)性分析

    對園區(qū)內(nèi)1#樓VRV空調(diào)系統(tǒng)與4#、5#樓土壤源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用的估算,結(jié)果如表2及表3所示:

    表2.1  系統(tǒng)投資比較

    方案

    設(shè)備投資(萬元)

    初投資(萬元)

    綜合投資(萬元)

    VRV空調(diào)系統(tǒng)

    512.46

     108.73

    621.19

    土壤源熱泵系統(tǒng)

    666.20(包括室外埋地的管網(wǎng)系統(tǒng))

      50.39

    716.59

    由上表可得土壤源熱泵系統(tǒng)比VRV空調(diào)系統(tǒng)多投資95.40萬元。

    土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用部分主要包括運(yùn)行電費(fèi)、系統(tǒng)維護(hù)維修費(fèi)用和設(shè)備壽命折算費(fèi)用(土壤源熱泵系統(tǒng)的使用年限在20年以上,一般空調(diào)系統(tǒng)的使用年限為15年[3])。其中維護(hù)維修的費(fèi)用,兩系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備基本一致。對于一般空調(diào)系統(tǒng)其故障比率與地源熱泵主機(jī)一致,因此該部分費(fèi)用也基本一致。將設(shè)備凈殘值定為0,不考慮系統(tǒng)維護(hù)維修費(fèi)用,得運(yùn)行費(fèi)用比較如下表:

        表2.2  運(yùn)行費(fèi)用比較

    方案  

    年度用電費(fèi)(萬元)

    設(shè)備壽命折算費(fèi)用(萬元)

     年度運(yùn)行費(fèi)用(萬元)

    VRV空調(diào)系統(tǒng)

    51.60

    34.16

    85.76

    土壤源熱泵系統(tǒng)

     26.13

    33.31

    59.44

    由上表可得土壤源熱泵系統(tǒng)比VRV空調(diào)系統(tǒng)年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用萬元26.32萬元,土壤源熱泵系統(tǒng)多投資的費(fèi)用通過3.62年即可回收。另外土壤源熱泵系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行壽命要明顯**VRV空調(diào)系統(tǒng)。JcGlx199010950204



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