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        復(fù)合式地源熱泵工程應(yīng)用分析

        2010-10-17 16:58:04張宏弢胡海艦
        科技傳播 2010年8期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        張宏弢,胡海艦,趙 龍

        昆明理工大學(xué),云南昆明 650051

        0 引言

        節(jié)能和環(huán)保是關(guān)系到21世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)重要課題。當(dāng)今社會(huì),環(huán)境污染和能源危機(jī)已成為威脅人類生存的頭等大事,冬季鍋爐供暖所造成的大氣污染、夏季空調(diào)制冷的高能耗問題越來越突出。如何解決這一問題,已成為全人類的課題。在這種背景下,以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,而地源熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調(diào)系統(tǒng)。

        1 地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)形式對(duì)比

        地源熱泵技術(shù)是可再生能源的開發(fā)和利用技術(shù),是從土壤、地下水、海水等低品位熱源中提取熱量,轉(zhuǎn)換成高品位清潔能源,來提供供暖熱源或空調(diào)冷源的地源熱泵系統(tǒng)。熱泵系統(tǒng)能效比可達(dá)1:4~1:5,即輸入1KWh的電能,可輸出4~5KWh的熱能,其中另外3KWh~4KWh的熱量來自免費(fèi)的天然能源,效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它形式的供熱方式。采用地源熱泵技術(shù),不燃燒任何燃料,是一種極為清潔的能量轉(zhuǎn)換方式,真正做到了零污染、零排放,可以大幅度降低用戶的能源使用費(fèi)用,同時(shí)也大量取代燃煤鍋爐,解決了環(huán)保的壓力。

        2 地源熱泵系統(tǒng)存在的熱堆積現(xiàn)象及工程解決方案

        夏季,地源熱泵系統(tǒng)從室內(nèi)吸收熱量排放到土壤中;冬季從土壤中提取熱量來加熱室內(nèi)空間。當(dāng)夏季冷負(fù)荷大于冬季熱負(fù)荷,即夏季向土壤中排出的熱量大于冬季從土壤中吸收的熱量時(shí),就出現(xiàn)了熱堆積現(xiàn)象。長期的熱堆積使土壤溫度上升,降低了地源熱泵系統(tǒng)的換熱效率,同時(shí)也破壞了生態(tài)環(huán)境。因此,在地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)冬夏季的負(fù)荷平衡問題,必要時(shí)利用輔助設(shè)備來實(shí)現(xiàn)熱量的平衡。

        3 復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能及環(huán)保性

        本工程采用2臺(tái)968kW螺桿式地埋管熱泵機(jī)組,根據(jù)美國ARI標(biāo)準(zhǔn)和中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4329-97,結(jié)合本建筑物的使用功能,滿負(fù)荷運(yùn)行系數(shù)取0.6。 夏季制冷按90天,冬季制熱按120天,地源熱泵機(jī)組每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)算。

        式中:QZL為熱泵機(jī)組夏季總制冷量(KWh);Q1為熱泵機(jī)組單位時(shí)間制冷量(kW);

        t1為熱泵機(jī)組每天運(yùn)行時(shí)間( h);

        T1為制冷運(yùn)行天數(shù)(d);

        n1為滿負(fù)荷使用系數(shù);

        代入公式(3.1)得夏季總制冷量為1045440KWh

        式中:WZL為制冷季系統(tǒng)總耗電量,KWh;

        W2為熱泵機(jī)組總輸入功率,kW;

        W3為水泵總輸入功率,kW;

        t2為熱泵機(jī)組夏季每天運(yùn)行時(shí)間,h;

        T2為制冷運(yùn)行天數(shù)(d);

        n2為平均使用系數(shù);

        代入公式(3.2)得夏季制冷總耗電量為312120KWh

        式中:QZR為熱泵機(jī)組總制熱量(KWh);

        代入公式(3.3)得冬季總制熱量為1355040KWh

        式中:WZR為制熱季系統(tǒng)總耗電量,KWh;

        代入公式(3.4)得冬季制熱總耗電量為491040KWh

        整個(gè)熱泵系統(tǒng)能效比為:

        熱泵系統(tǒng)全年總的制冷、制熱量為280.056萬KWh,熱泵系統(tǒng)的能效比為3.2,所以本項(xiàng)目熱泵系統(tǒng)的節(jié)能量為192.5萬KWh。

        根據(jù)1萬KWh折標(biāo)準(zhǔn)煤為3.57噸,則本項(xiàng)目熱泵系統(tǒng)每年的節(jié)煤量為

        通過減少常規(guī)能源的消耗,可再生能源系統(tǒng)可以有效減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。地源熱泵系統(tǒng)在工作過程中不會(huì)向環(huán)境產(chǎn)生任何排放物,也不會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染,通過可再生能源對(duì)常規(guī)能源的替代,本工程實(shí)施后每年可以減少CO2排放量1821.5t,減排SO2量為5.66t。

        4 結(jié)論

        通過計(jì)算顯示,由于吸/放熱的不平衡性,導(dǎo)致循環(huán)液進(jìn)入機(jī)組的溫度過高,偏離了土壤源熱泵運(yùn)行的工況范圍,為保證土壤的熱穩(wěn)定性,土壤源熱泵換熱器的換熱性能及系統(tǒng)的運(yùn)行效果,應(yīng)采用冷卻塔輔助散熱,從而改善地下?lián)Q熱情況,平衡土壤散熱與吸熱。同時(shí),采用復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)可有效減少常規(guī)能源的消耗,保護(hù)生存環(huán)境。

        [1]徐偉.地源熱泵工程技術(shù)指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

        [2]刁乃仁,方肇洪.地埋管地源熱泵技術(shù)[M].高等教育出版社.

        [3]王景剛,孫培杰,王惠想,等.輔助冷卻復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)可行性分析[J].河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(bào),2005.

        [4]陳賀偉,楊昌智.土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)地下土壤溫度場(chǎng)變化的研究[J].建筑節(jié)能,20O7.

        [5]馬最良,呂悅.地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

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