水地源热泵

水源热泵在户式中央空调中的应用分析 

 论述水源热泵在住宅中应用的特点以及水源热泵在推广应用中的相关问题。

关键词 水源热泵 户式中央空调 应用

据不完全统计,我国家用中央空调市场容量从1999年的2～3亿,增长到2003年30亿,预计到2005年国内市场总需将达到200亿。由此所带来 的能源和环境问题将愈显突出,而家用空调能源形 势的多样性也将是必然趋势[1]。近年来水源热泵空调系统以其节省能源、运行可靠、满足多工况要求等优点得到迅速发展,特别适合公寓楼及别墅建筑。1 水源热泵在户式中央空调中的应用 目前我国户均住宅面积已达到70m2,城镇人均住宅建筑面积从1997年的17.6m2,提高到2003年的23.67m2。住宅正在从满足生存需要向舒适性转变。随着人们住房条件的改善和生活质量的提高,逐渐形成一种空调新潮流即户式中央空调。在一些发达国家,户式中央空调早已成为一种家庭消费品。在美国、欧洲等家庭中,85%以上的家庭在选购空调时会**户式中央空调,在日本也超过50%[2]。在我国,户式中央空调正在以其巨大的潜力和应用优势取得突破性发展,并将成为我国21世纪空调产业发展方向之一。“一户一机、深井回灌”的水源热泵方式,将是户式中央空调的主要方式之一,其应用有以下优点。1.1 系统管理方便 用户可根据自己的愿望灵活控制室温和风机转速。这种方式特别适合于不同职业和不同生活 要求的独立式住宅建筑。水源热泵全部能源由电提供,无任何污染,空调排热全部进入地下用于冬季供暖,不再对小环境造成热污染,不悬挂室外机。由于地下水是全封闭式系统,因此既不消耗任何地下水源,又不会对其造成污染。除此之外,水源热泵系统便于进行热计量,物业公司根据用户的耗电量就可向用户收费,是解决当前采暖、空调收费难的一项重要举措。1.2 节能环保,初投资小国内水源热泵产品在供热时COP值可达3.5～4.0,从这一点上看,水源热泵可以被称作高效节能的供冷供热设备。在运行费用上水源热泵也比其他制冷、制热方式要低。水源热泵的冷热源为廉价的水资源,其提供的能量占热泵的50%～75%,只要消耗少量的电能将其转换,其成本就大大降低,因而运行费用低是水源热泵的一个显著特点。以下以加热41868kJ热量所需的费用为依据,将热泵与煤、燃气、油等多种方式采暖做一个综合比较。  现在国内主要热泵生产厂家的热泵机组价格大致在0.9～1.0元/W之间,而同样具备一机两用

不同采暖方式的比较

名称              

用量及价格

电费/元

热泵机组设热泵的COP值为4,则耗电量为2.91kW,电费平均价格为0.5元/kWh。2.91×0.5=1.75煤煤大约能够产生70%的热量,则所需的燃料为2.13kg,煤价为0.35元/kg。2.13×0.35=0.75燃气燃气大约能够产生75%的热量,则所需的燃气量为3.81m3,燃气价格为0.8元/m3。3.81×0.8=3.05燃油 燃油大约能够产生80%的热量,所需的油量为1.16kg,油价为2.4元/kg。 1.16×2.4=2.78 的嗅化锂直燃机的价格在1.4～1.5元/W之间,而且水源热泵机组无需设置冷却塔及烟气排放系统,省去了高成本的自来水,避免向大气排放烟尘及有害气体,因此水源热泵环保洁净,可称为低成本的绿色空调产品[3]。1.3 占地小,便于计量 热泵机组体积较小,并可灵活安装在任何地方。随着户式燃气壁挂炉在全国的推广,户式水源热泵机组也得到了应用,同分户采暖一样,户式水源热泵机组可自行控制,由于其主要能耗是“电”,电费按每户电表计量,水费按每户水表计量,计算简单、公平,为物业管理带来方便[4]。1.4 运行稳定、维护方便,自动化程度高 水源热泵机组的冷热源为地表浅层水源,如江、河、湖、海和地下水等。利用它们所吸收的太阳能和地热能而形成的低位能。地表浅层水源、太阳能和地热能都是可再生资源,而且十分稳定,很容易获得而加以利用。地表浅层水的温度一年四季相对稳定,使得热泵机组运行更可靠、更稳定,保证系统的高效性和经济性。由于系统简单,机组部件较少,因此自动控制程度高,运行简单、稳定,并且维护费用低,使用寿命可超过20年[5]。2 水源热泵在住宅应用中应考虑的问题2.1 水源及水质问题 就某项具体工程而言,应从实际情况出发,判断是否具备可利用的水源。不同工程的场地环境和水文地质条件千差万别,可利用的水源各不相同,应因地制宜地选择水源。当有不同水源可供选择时,应通过技术经济分析比较,择优确定。如果水源的水质不适宜水源热泵机组使用时,可以采取相应的技术措施进行水质处理,使其符合机组要求。在水源系统中经常采用的水处理技术有:①除砂器;②净水过滤器;③电子水处理仪;④板式换热器。2.2 水量的选择 水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素。一项工程所需水量多少由该工程负荷与机组性能确定。如果其他各种条件均具备,但水量略有不足,可采取一定辅助弥补措施解决。如水量不能 满足负荷要求,就应考虑其他方案。2.3 节水节电 水源热泵空调系统的水资源费和井泵运行费往往是工程系统运行费的*大开支,为合理有效利用水源,减少水源浪费和节约电费,在系统设计中应采用节水和节电技术:①混水器;②变频调速器。2.4 其 他①要考虑水源热泵在我国不同地区的适用性,这涉及到当地水文地质条件,包括水温、水量、水质等,还包括在不同气候带、不同地区和不同建筑类型的条件下,水源热泵的投资经济性比较问题,对现有水源的探测开采技术的提高和成本的降低等问题。 ②要进行地表蓄水体的传热过程分析、地下水的传热流动过程分析,对于抽水井及灌水井的运行调度、深井回灌式地源热泵机组可提供的*大出力,冬季和夏季冷热不平衡时的对策等问题作出具有理论依据的科学分析。 ③考虑取水构筑物对于邻近建筑的影响,涉及地面沉降问题,单井对建筑基础的影响等。 ④考虑水源热泵的回灌问题。回灌能力受当地水文地质条件、回灌工艺的限制。需要解决深井回灌式水源热泵系统的钻井、回灌、保养、长期运行等方面的问题。 ⑤考虑温差与流量的合理利用问题。 ⑥寒冷地区应用水源热泵系统的冬季冻结问题。需要通过适当的机组工况选择和相应的机组连接方式以及相关的冻结保护措施避免这一问题的发生。 ⑦水源热泵技术的研究包括取水方式的选择及耐腐蚀设备的选择、开发等。3 水源热泵在应用中出现的问题

①从水源热泵的运行过程来看,夏季制冷工况较为良好,而在冬季供热时却普遍存在大流量小温差,热水出水温度低的问题。一方面是由于冬季地下水温偏低引起的;另一方面说明机组的性能还有待提高。为了推广水源热泵的应用,本着节水节能的原则,水源热泵应尽可能使用大温差、小流量技术,并尽量提高冬季的热水出水温度。

②热泵机组的中央空调系统末端采用风机盘管是比较理想的。对于北方地区来说,多数水源热泵厂家提供的50～55℃的热水温度还是有些偏低。因而建议在必要的时候应对大风量的末端设备辅以额外的加热措施或将大风量的末端设备分解成若干个小风量的末端设备,以确保冬季送风参数的要求。

③回灌井堵塞也是要解决的问题。水中的悬浮物、水中微生物的繁殖、水中化学反应形成的化学沉淀以及水中的气泡等,都会使多孔介质的孔隙发生堵塞。

④地下水源热泵的应用必然引起地下水开采的问题。能否在一个城市或地区大量使用,如何解决取水井和回灌井的水位平衡问题,以及由于回灌井的回流速度问题能否带给周围的建筑物安全及质量上的问题等都需要进一步从理论和实践上加以研究,并根据不同城市、不同地区因地制宜制定相关政策。政府的职能部门应制定一套相关的优惠政策,加快水源热泵技术的开发研究及应用进度,使相关的问题得到尽快解决

4 目前水源热泵在我国推广应用中存在的问题4.1 水源的使用政策 目前我国为了保护有限的水资源,制定了《中华人民共和国水法》,各城市也有自己的《城市用水管理条理》。这些政策均强调用水审批、用水收费。但审批的标准中对水源热泵技术的要求没有规定,收费的标准全国不统一,给水源热泵的推广带来一定的困难,因此需要政府综合考虑能源、环保和可持续发展各个方面的因素,制定出水源热泵使用水源的政策,以保证水源热泵的大规模的发展[7]。4.2 可利用的水源条件 水源热泵理论上可以利用一切的水资源,但是 在实际工程中,不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同地区是否有合适的水源是水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中,闭式系统一般成本较高。对开式系统,水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。4.3 水层的地理结构 对于从地下抽水回灌的使用,必须考虑到使用地的地质结构,确保可以在经济条件下打井找到合适的水源,同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件,保证可以实现用后尾水的回灌。4.4 投资的经济性 由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响,水源的基本条件的不同,一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说,水源热泵的运行效率较高、费用较低,但与传统的空调制冷取暖方式相比,在不同地区不同需求的条件下,水源热泵的投资经济性会有所不同。5 结束语 我国未来的能源发展战略将是节能和提高能源的有效利用率。水源热泵由于具有高效、节能等优点而成为极具发展潜力的绿色环保技术。在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效提高一次能源利用率,减少温室效应气体CO2和其他燃烧产生的污染物的排放,是一种可持续发展的建筑节能新技术。随着独立式住宅的不断出现,“一户一机”的水源热泵式家用中央空调将是主要的空调形式,为我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出一个有效的解决方法。要使水源热泵在我国得到较快的推广和发展,政府部门、科研机构和工程技术人员需要共同努力,借鉴国外的成功经验,解决水源热泵在应用中出现的各种问题

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