地源熱泵的科技論文
地源熱泵的科技論文
地源熱泵是一項(xiàng)新興的節(jié)能環(huán)保、可再生能源利用技術(shù)，這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的，僅供參考!
地源熱泵的科技論文篇一
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)研究
【摘要】 地源熱泵是一項(xiàng)新興的節(jié)能環(huán)保、可再生能源利用技術(shù)，在建筑供熱空調(diào)中采用地源熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少二氧化碳合其他大氣污染物的排放。本文就地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。
【關(guān)鍵詞】 地源熱泵;節(jié)能;環(huán)境
1、前言
地源熱泵式一種利用淺層合深層的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源合夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源，實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。
2、地源熱泵應(yīng)用概況
地源熱泵(GSHPS)是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，它包括了使用土壤、地下水和地表水作為熱源和熱匯的系統(tǒng)，即地下耦合熱泵系統(tǒng)(GCHPS)，也叫地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng);地下水熱泵系統(tǒng)(GWHPS);地表水熱泵系統(tǒng)(SWHPS)。
2.1 國(guó)外發(fā)展情況：地源熱泵系統(tǒng)由于采用的是可再生的地?zé)崮?，因此被稱之為：一項(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保為特征的21世紀(jì)的技術(shù)。這項(xiàng)起始于1912年的技術(shù)，美國(guó)從1946年開始對(duì)GSHP系統(tǒng)進(jìn)行了十二個(gè)主要項(xiàng)目的研究，如地下盤管的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、管材對(duì)熱泵性能的影響等。并在俄勒岡州的波特蘭市中心區(qū)安裝了美國(guó)第一臺(tái)地源熱泵系統(tǒng)。
特別是近十年來(lái)地源熱泵在歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家取得了迅速的發(fā)展，已成為一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。到2000年底，美國(guó)有超過40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中使用，每年約提供8000～11000Gwh的終端能量。
地源熱源在工程上的應(yīng)用主要為地下耦合熱泵系統(tǒng)(GCHPS)和地下水熱泵系統(tǒng)(GWHPS)、地表水熱泵系統(tǒng)(SWHPS)。
2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用情況
2.2.1能源消費(fèi)現(xiàn)狀：到2040年，我國(guó)一次能源的總消費(fèi)量將達(dá)38.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是現(xiàn)在能源消費(fèi)量的3倍。而到本世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)每年最多可供應(yīng)的一次能源生產(chǎn)量為32億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，我國(guó)今后較長(zhǎng)期的能源消費(fèi)年均增長(zhǎng)率應(yīng)控制在2.5%左右，直到2040年能源消費(fèi)實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)目標(biāo)。
我國(guó)已探明的能源總體儲(chǔ)量，煤炭?jī)?chǔ)量約占世界儲(chǔ)量的11%，原油占2.4%，天然氣僅占1.2%，我國(guó)人口約占世界人口的20%，人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我國(guó)是煤炭大國(guó)，但世界七大煤炭大國(guó)中其余六國(guó)的儲(chǔ)量比都在200年以上，只有我國(guó)的儲(chǔ)量不足百年。石油的儲(chǔ)量比為四十年，并且中國(guó)石油、天然氣的平均豐度值也僅為世界平均水平的57%和45%。
面對(duì)如此嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，國(guó)家總的能源政策還是節(jié)能和新能源開發(fā)、再生能源利用并重，因此，地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用在我國(guó)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。
2.2.2地源熱泵應(yīng)用情況：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括兩大部分：一是建筑物內(nèi)的水環(huán)路空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì);二是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下部分的設(shè)計(jì)，即地下耦合熱泵系統(tǒng)的地下熱交換器、地表水熱泵系統(tǒng)的地表水熱交換器、地下水熱泵系統(tǒng)的水井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
地下耦合熱泵系統(tǒng)最早應(yīng)用在89年10月投入運(yùn)行的上海閔行開發(fā)區(qū)辦公樓(4305m2，冷負(fù)荷4532KW，熱負(fù)荷231KW)，其技術(shù)和設(shè)備均由美國(guó)提供，使用情況良好。135個(gè)深35米的垂直豎管井，埋管為聚丁烯管。國(guó)內(nèi)的大專院校均進(jìn)行了相關(guān)的垂直或水平埋地管的試驗(yàn)研究和小型的工程應(yīng)用，并建立了地埋管的傳熱模型。各地的地質(zhì)條件不同，土壤的溫度和熱物性參數(shù)都不一樣，因此，地下耦合熱泵的應(yīng)用還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累。
地表水熱泵系統(tǒng)：地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，武漢東湖等淺水性湖泊夏季水溫高于濕球溫度，無(wú)利用價(jià)值，冬季水溫略高于氣溫，可用作熱源水。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明寧波奉化江水7M深31.2℃，珠江底層31.8℃，江水熱污染很厲害，利用價(jià)值不大?？衫瞄L(zhǎng)江水作為地表水熱泵系統(tǒng)的熱源，但冬季江水水位很低，從取水的經(jīng)濟(jì)性及防洪角度考慮，實(shí)際利用還是極難的。
地下水熱泵系統(tǒng)：綜合上述情況可以看到，目前在我國(guó)來(lái)說，技術(shù)上比較成熟、利用可行性較大、實(shí)施的工程項(xiàng)目較多的還是地下水熱泵系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水源熱泵機(jī)組的廠家也已達(dá)到二、三十家。因?yàn)閲?guó)內(nèi)還沒有頒布水源熱泵機(jī)組的生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差別較大，從有些廠家的產(chǎn)品樣本來(lái)看，技術(shù)參數(shù)不完整、不準(zhǔn)確。因?yàn)楹芏嗌a(chǎn)廠家沒有實(shí)測(cè)手段，采用水源熱泵機(jī)組所需要的很多數(shù)據(jù)不能提供，甚至不排除某些技術(shù)力量差的廠家根本就沒有弄清楚水源熱泵機(jī)組和常規(guī)冷水機(jī)組的技術(shù)差異，直接就拿常規(guī)冷水機(jī)組來(lái)作為水源熱泵機(jī)組推銷到市場(chǎng)。目前就筆者所接觸到的廠家來(lái)看，只有一家國(guó)外公司能夠提供專用電腦軟件選型數(shù)據(jù)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)工況選擇合理和可信的機(jī)組配置和各種性能數(shù)據(jù)。
3、需要注意的問題
地源熱泵從開始研究到應(yīng)用的過程中，雖然它是一種環(huán)保、節(jié)能、先進(jìn)的空調(diào)方式，但仍然存在一些需要注意的問題：
3.1水資源利用的問題：水資源的利用應(yīng)建立在合理的基礎(chǔ)之上。對(duì)于地下水的使用問題，國(guó)家已經(jīng)有相關(guān)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《中華人民共和國(guó)水法》和《城市地下水開發(fā)利用保護(hù)管理規(guī)定》等法規(guī)，確保水資源不受污染，不對(duì)地質(zhì)造成災(zāi)害。
3.2采取可靠的回灌手段：大量的開采地下水而不采取可靠回灌手段的話，后果將不堪設(shè)想。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)井水抽取后進(jìn)行回灌，還要對(duì)水井進(jìn)行維護(hù)，增加水井的使用壽命。回灌水還不應(yīng)污染地下水源。
3.3設(shè)計(jì)過程中要注意水文地質(zhì)問題：利用地下水源時(shí)，要了解地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料。要在當(dāng)?shù)赝瓿蓪?duì)工程所在地的井深、水溫、水量、水質(zhì)等原始資料的采集，并保證這些資料的有效性和正確性，對(duì)這些資料進(jìn)行分析研究。這是一項(xiàng)很重要的工作，可是經(jīng)常在工程實(shí)踐中被忽視，從而造成了系統(tǒng)的失敗。在某工業(yè)城項(xiàng)目中，可行性報(bào)告中列出的單井每小時(shí)出水量實(shí)際上是單井每天出水量，這使得工程最后不得不采用其他的方式進(jìn)行補(bǔ)救。
3.4水質(zhì)處理問題：如果水質(zhì)不適合直接用于地源熱泵機(jī)組，則需要采取相應(yīng)的水處理措施。比如用過濾器、水處理儀、沉淀池等裝置處理后再用于地源熱泵機(jī)組。一般情況下地下水不能直接用于供暖，因?yàn)榈叵滤话愫幸欢〝?shù)量的碳酸鹽、硫酸鹽、腐蝕性氣體及泥沙等物質(zhì)?？梢越?jīng)過板式換熱器間接利用地下水，從而延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，減少維修費(fèi)用。
3.5地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)：地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)要注意對(duì)建筑負(fù)荷、回填材料、土壤地層特性等進(jìn)行精確的勘測(cè)和分析。
3.6合理地配置整個(gè)系統(tǒng)：地源熱泵雖然是綠色的空調(diào)方式，但是如果沒有一套合理的系統(tǒng)，它的節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)就根本無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。
4、結(jié)束語(yǔ)
地源熱泵作為一種環(huán)保節(jié)能的空調(diào)方式，應(yīng)該得到研究工作者對(duì)其進(jìn)行更為深入的研究，探索其關(guān)鍵性技術(shù)。目前在國(guó)內(nèi)地源熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)方面還沒有成型的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其推廣應(yīng)用還有待時(shí)日。作為一門新技術(shù)，它為我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著國(guó)富民強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高和生活水平的進(jìn)步，研究和技術(shù)人員的努力，它在中國(guó)一定有廣闊的市場(chǎng)前景。
參考文獻(xiàn)
[1]徐偉等譯，地源熱泵工程技術(shù)指南[M] .北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001
[2]刁乃仁，方肇洪.地源熱泵-建筑節(jié)能新技術(shù)[J] .建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004
(作者單位：1.西門子(中國(guó))有限公司沈陽(yáng)分公司;
地源熱泵的科技論文篇二
地源熱泵技術(shù)淺談
摘要：在當(dāng)前房產(chǎn)市場(chǎng)可持續(xù)性發(fā)展的口號(hào)影響下，研究有效利用綠色能源、節(jié)能減排的節(jié)能型建筑成為各房產(chǎn)公司關(guān)注的重點(diǎn)。本文以綠色能源利用的先行者朗詩(shī)地產(chǎn)為范本，從地源熱泵的工作原理入手，從技術(shù)、成本及維護(hù)等各個(gè)角度展開比較，探討了目前市場(chǎng)關(guān)注度高的可持續(xù)性能源地源熱泵在項(xiàng)目中的應(yīng)用可行性。
關(guān)鍵詞：住宅;地源熱泵; 節(jié)能減排
Abstract: Under the influence of the slogan of sustainable development in the current housing market, it has become the focus of real estate companies to study the energy saving buildings including effective utilization of green energy and emission reduction. Taking the Lashi Real Estate Company, the pioneer of utilizing green energy, as the example, proceeding with the working principle of ground source heat pump, the paper makes a comparison from the technology, costs and maintenance, and explores the application feasibility of the sustainable energy ground source heat pump with high attention from the market in projects.
Key words: residence; ground source heat pump; energy conservation and emission reduction
中圖分類號(hào)：F287.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012
近日，參觀了倡導(dǎo)科技住宅的朗詩(shī)地產(chǎn)在杭州的第三個(gè)樓盤田園綠郡，與以往的朗詩(shī)樓盤一樣，此樓盤也是以節(jié)能低碳的“恒溫、恒濕、恒氧”的三恒為主要賣點(diǎn)，進(jìn)入樣板房，雖然室內(nèi)沒有傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)作，但是明顯比室外感覺涼爽舒適，客廳內(nèi)有個(gè)溫濕度計(jì)顯示：溫度25°濕度51°;其次由于運(yùn)用了良好的保溫隔音系統(tǒng)，室外嘈雜的施工噪音在室內(nèi)變得微乎其微。
通過專業(yè)人員的講解，了解到朗詩(shī)地產(chǎn)使用的主要科技系統(tǒng)如下：
地源熱泵技術(shù)系統(tǒng)：
用垂直鉆孔把管路埋設(shè)到地下60-100米左右深度，通過管路中的水循環(huán)，從淺層常溫的土壤中獲取或者散發(fā)能量，供室內(nèi)的采暖或者制冷，能量通過一套低耗機(jī)組傳輸，以保證室內(nèi)常年在人體舒適的溫度和濕度;
頂棚輻射系統(tǒng)：
在混凝土樓板層中直接敷設(shè)盤管，通過管中的供回水溫差，對(duì)室內(nèi)的溫度濕度進(jìn)行智能化的調(diào)控;水管均勻分布，覆蓋到每個(gè)房間，沒有明顯的吹風(fēng)感也沒有噪聲;
置換新風(fēng)系統(tǒng)：
在臥室客廳的地面設(shè)置新風(fēng)口送風(fēng)，廚房衛(wèi)生間的上空排風(fēng)，室外的新鮮空氣經(jīng)過粉塵過濾、溫度濕度處理后進(jìn)入房間，使室內(nèi)始終能呼吸到新鮮的空氣;
嚴(yán)密的保溫隔熱圍護(hù)系統(tǒng)：
減少能量損失，有效的保證溫度均衡……
在能源日益趨緊的當(dāng)今社會(huì)，節(jié)能型建筑是房產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)，順應(yīng)了國(guó)家“二一五”計(jì)劃口號(hào)：低碳節(jié)能減排。所以利用地溫這種清潔能源，無(wú)排放、無(wú)污染、高效率、可再生的地源熱泵也顯出了其獨(dú)有的優(yōu)越性，是現(xiàn)今能源方面研究的主題。
地源熱泵的工作原理如下：地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖;夏季，把室內(nèi)的熱量取出來(lái)，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。
下面，就廬山國(guó)際的公寓式酒店為例，簡(jiǎn)要闡明地源熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)以及其在該項(xiàng)目中運(yùn)用的可行性及經(jīng)濟(jì)性。
廬山國(guó)際公寓式酒店地上32層，地上建筑面積6.1萬(wàn)方，地下車庫(kù)2層，地下面積1.1萬(wàn)方，外立面按照公建立面設(shè)計(jì)。如采用地源熱泵做為該樓的主要能量來(lái)源，優(yōu)勢(shì)如下：
1、由于采用的是國(guó)家倡導(dǎo)的低碳節(jié)能措施，相應(yīng)能享受到國(guó)家的優(yōu)惠政策，有17-33%的國(guó)家補(bǔ)貼;
2、環(huán)境效益明顯：無(wú)排放無(wú)污染，能源清潔可以再生，能保證良好的空氣環(huán)境;
3、高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低：與普通鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)比，能節(jié)省三分之二以上的電能或者是二分之一以上的燃料;而且其制冷制熱的效率比傳統(tǒng)的空氣源熱泵要高40%左右;
4、地上部分的機(jī)組投入省，是傳統(tǒng)中央空調(diào)機(jī)組的50-60%的投入，因?yàn)樗幌乃膊晃廴舅?，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要燃料堆場(chǎng)等。
5、從建筑外立面設(shè)計(jì)角度上看，減少了大量空調(diào)室外機(jī)的因素，能做出統(tǒng)一大氣的立面形象;
6、倡導(dǎo)科技住宅，增加樓盤的附加值，有利于提升樓盤的品質(zhì)及品牌形象，利于銷售;
7、維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)。
相比較而言，采用地源熱泵技術(shù)的不利部分如下：
1、前期的經(jīng)濟(jì)投資在地下部分比較高：由于此項(xiàng)目建筑面積大，所需要的采暖面積也相應(yīng)大，地下部分的打井埋管所需要的費(fèi)用比較高：按照公寓式酒店的建筑面積6萬(wàn)方來(lái)計(jì)算，管道需要約20萬(wàn)米，以100元/米的埋管費(fèi)用(按照巖石層120元/米、土壤層80元/米平均，埋管深度在80米左右)，光在地下部分的一次性投入約要2000萬(wàn)左右;
2、由于采用的是垂直式埋管的方式，管道的施工與建筑基礎(chǔ)施工需協(xié)調(diào)同時(shí)進(jìn)行，施工難度很大，不容易進(jìn)行施工管理;
3、需要輔助部分的投入：要想達(dá)到室內(nèi)良好的溫濕度均衡效果，不能長(zhǎng)時(shí)間的開門開窗通風(fēng)(這一點(diǎn)在人們的傳統(tǒng)思維中或許覺得不能接受)，還必須有良好的新風(fēng)系統(tǒng)的輔助，還要有很好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，比如外墻內(nèi)墻隔熱保溫層、隔熱門窗系統(tǒng)、屋頂系統(tǒng)等;這部分的投資比傳統(tǒng)的住宅都會(huì)有相應(yīng)增加。
綜合以上各個(gè)方面的利弊因素，毋庸置疑的是地源熱泵在使用中是優(yōu)質(zhì)的能源，是發(fā)展趨勢(shì)，作為我們開發(fā)商而言主要會(huì)關(guān)注投資成本方面的因素，但是綜合測(cè)算其前期的巨額投入及每年運(yùn)行成本，每年節(jié)省的費(fèi)用使投資成本能在10年內(nèi)收回，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看應(yīng)該是利遠(yuǎn)大于弊，因而廬山國(guó)際公寓式酒店采用地源熱泵的形式來(lái)采暖制冷會(huì)是一項(xiàng)有效有利的做法，值得投資。