建筑节能文

建筑节能论文:

优良的热泵技术

摘 要:人类文明空前进步,人们人们对公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的必要的需求,结合当前能源问题与环境问题,我们希望节能性环保性更加优异的供热和空调设备.热泵就是一个好的选择.本文首先综述了热泵的优良性能和原理,其次简单介绍了空气源热泵,接着着重详细介绍了地源热泵,客观细致地阐述了其应用.

关 键 词:热泵空气源热泵地源热泵优势

当前世界,人类文明的发展和社会进步一日千里,在科技发达的今天,人们对公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的必要的需求.但是,因为能源问题和环境问题日趋严重,对空调设备的节能与环保要求逐渐加强.就我国而言,能源基本自给,略需进口,供使用年限紧迫,能源结构主要是矿物燃料,尤其是煤炭.矿物燃料燃烧产生的大量污染物,包括大量硫化物,氮氧化物等有害气体以及二氧化碳等温室效应气体.因此,我们急需发展更节能环保的供热和空调方式.

热泵就是能有效节省能源,减少大气污染和温室气体排放量的供热和空调技术.热泵是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置.建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求.传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉).建筑空调系统由于必须有冷源(制冷机),如果让它在冬季以热泵的模式运行,则可以省去锅炉和锅炉房,节省初投资.采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗.采用热泵技术不仅节能,同时也可大大降低污染物的排放.

热泵系统通常分为空气源热泵和地源热泵两大类.空气源热泵以室外空气为一个热源.在供热工况下将室外空气作为低温热源,从室外空气中吸收热量,经热泵提高温度送入室内供暖.空气源热泵系统简单,初投资较低.空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低.而且,其制热量随室外空气温度降低而减少,这与建筑热负荷需求趋势正好相反.因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时,需要用电或其他辅助热源对空气进行加热.此外,在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,这也消耗大量的能量.在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍.在夏季高温天气,由于其制冷量随室外空气温度升高而降低,同样可能导致系统不能正常工作.空气源热泵不适用于寒冷地区.我们重要探讨一下地源热泵.地源热泵是一种利用地下浅层地热资源,包括地下水,土壤或地表水等,既可供热又可制冷的高效节能空调系统.地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移.地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量"取"出来,提高温度后,供给室内采暖,夏季,把室内的热量取出来,释放到地下去.冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用,夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用.这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了空调系统全年的能源利用效率.地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统,水源热泵机组和室内采暖空调末端系统.其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式.三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间换热介质为水,与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气.

地源热泵商业应用有近十几年的历史.如美国,截止1985年全国共有14000台地源热泵,而1997年就安装了45000台,到目前为止已安装了400000台,而且每年以10%的速度稳步增长.据1999年的统计,为家用的供热装置中,地源热泵所占比例,瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%.我国的地源热泵事业近几年已开始起步,具有很强发展潜力.

热泵技术是一种可持续发展的属可再生能源利用的建筑节能技术.地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量比人类每年利用能量的500倍还多.它不受地域,资源等限制,真正是量大面广,无处不在.这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式.属经济有效的节能技术.地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右.另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠,稳定,也保证了系统的高效性和经济性.环境效益显着.地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排会更明显.虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量,属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少.该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量.地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷,还可供生活热水,一机多用,应用范围广.一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统.系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,也有利于建筑的美观.地源热泵系统的另一个显着的特点是大大提高了一次能源的利用率,因此具有高效节能的优点.地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40-60%.另外,地源温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠,稳定,整个系统的维护费用也较少,保证了系统的高效性和经济性.

地源热泵又可分为地下水源热泵系统和地表水热泵系统.地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水.经过换热的地下水可以排入地表水系统,但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层.最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展.但是,应用这种地下水热泵系统也受到许多限制.首先,这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件.因此在决定采用地下水热泵系统之前,一定要做详细的水文地质调查,并先打勘测井,以获取地下温度,地下水深度,水质和出水量等数据.地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系.如果地下水位较低,则成井的费用增加,运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率.此外,虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但目前国内地下水回灌技术还不成熟,在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内,造成地下水资源的流失.此外,即使能够把抽取的地下水全部回灌,怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题.水资源是当前最紧缺,最宝贵的资源,任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的.国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格,地下水热泵的应用已逐渐减少.地表水热泵系统的一个热源是池塘,湖泊或河溪中的地表水.在近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的形式.当然,这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制.此外,由于地表水温度受气候的影响较大,与空气源热泵类似,当环境温度越低时热泵的供热量越小,而且热泵的性能系数也会降低.一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积,深度和温度等多种因数有关,需要根据具体情况进行计算.这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑.在现实工程实际应用中,我们还可以因地制宜,利用已有设施诸如人防工程,以及天然洞穴等条件,灵活设计安装热泵系统,降低投资运行和维护费用.

当然,象任何事物一样,地源热泵也不是十全十美的,会受到不同地区,不同用户及国家能源政策,燃料的影响,一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同,采用地下水的利用方式,会受到当地地下水资源的制约.但总的来说,热泵是供热与空调优良技术,应该得到重视与广泛应用.

作者单位:中南大学

职业:学生

院系:能源科学与工程学院

建筑环境与设备工程系

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