論地源熱泵的特點與應用

時間：2024-09-18 17:39:50 機電畢業論文我要投稿

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論地源熱泵的特點與應用

　　【論文關鍵詞】：地源熱泵; 空調; 制冷; 制熱
　　【論文摘要】：針對目前空調系統的流行趨勢，結合地源熱泵系統在實際中的應用，詳細闡述了地源熱泵系統的性能特點、工作原理等。

　　
　　地源熱泵是一個廣義的術語，它包括了使用土壤、地下水和地表水作為熱源和冷源的系統。它利用土壤溫度相對穩定的特點，依靠少量的驅動壓縮機，通過深埋土壤的閉環管線系統進行熱交換，夏天向地下釋放熱量，冬天從地下吸收熱量，從而實現制冷或供熱的要求，具有傳統空調系統無法比擬的節能、高效、環保等優點。地源熱泵越來越被人們認同。
　　
　　一、地源熱泵系統的特點
　　
　　1. 節能、高效性
　　地源熱泵系統在提供100單位能量的時候， 70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，電能的消耗主要用于壓縮機的做功和使空調系統運行，即將土壤中的熱量"搬運"至室內。它要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量；由于土壤的溫度全年較為穩定，一般為10℃-20℃之間，其制冷、制熱系數可達3.5-4.7，與傳統的空氣源熱泵相比，能效要高出40%以上。
　　2. 環保無污染
　　地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40％以上，與電供暖相比，相當于減少70％以上，如果結合其它節能措施節能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25％的充灌量；屬自含式系統，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內。
　　3. 屬可再生能源利用技術
　　地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400米深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
　　4. 低運行費用
　　土-氣型地源熱泵系統的高效節能特點，決定了它的低運行費用，比其他各種采暖和制冷設備節能30%-70%。使用壽命25年以上，折舊費和維修費也都大大低于傳統空調。
　　5. 應用靈活、安全可靠、用途廣泛
　　靈活性強，可用于新建工程或擴建、改建工程，可逐步分期施工，熱泵機組可靈活地安置在任何地方，節約空間。無儲煤、儲油罐等衛生及安全隱患。從嚴寒地區至熱帶地區均適用。可為各類物提供冷暖兩用空調系統，同時提供生活熱水。
　　
　　二、熱泵工作原理
　　
　　1. 制冷原理
　　在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的蒸發將室內空氣循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/水熱交換器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環轉移至地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器，以13℃以下的冷風的形式向室內供冷。
　　2. 制熱原理
　　在制熱狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷媒/水熱交換器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內冷媒的冷凝，由空氣循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以35℃以上熱風的形式向室內供暖。
　　
　　三、地源熱泵系統工作原理
　　
　　地源熱泵是一種以土壤/地下水作為低溫熱源的熱泵空調技術，其原理是依靠少量的驅動壓縮機完成制冷循環，利用土壤溫度相對穩定（不受外界氣候變化的影響）的特點，通過深埋土壤的閉環管線系統進行熱交換，夏天向地下釋放熱量，冬天從地下吸收熱量，從而實現制冷或供熱的要求，由于系統采取了特殊的換熱方式，使之具有傳統空調系統無法比擬的高效節能優點。
　　地熱能是一種無限的資源。許多在市郊的家庭或者其它物周圍就是一個巨大的低溫地熱能量的"蓄水池"，這種資源被太陽、地球重新補充。與普通的系統相比，地熱的技術能使你每月的費用節約30%到60%。地熱是你能購買的最安全，最清潔，最可靠的空調系統。
　　基本的地熱資源主要有以下四種：
　　1. 建筑物周圍有充足的可以利用的場地時，可以考慮用水平環路。把管線布置在溝中，可根據場地長度在30到120米之間。
　　2. 建筑物周圍場地面積受限制時，垂直的回路是理想的選擇。可利用鉆井設備鉆成深度為22到90米的深孔，然后將管線垂直布置。
　　3. 建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋時，施工費用和運行費用會十分。管線簡單地布置在池塘或者湖的底部。
　　4. 敞開的回路系統是用地下水作為一種直接能源。在理想狀況下，應用敞開的回路是最經濟的地熱系統。
　　
　　四、地源熱泵系統的應用
　　
　　20世紀50年代歐洲和美國開始了研究地源熱泵的第一次高潮，直到20世紀70年代，世界石油危機使得人們關注節能、高效用能，地源熱泵的推廣應用迅速展開。在我國，地源熱泵的研究起始于20世紀80年代，最近5年該項技術成了國內建筑節能及暖通空調界熱門的研究課題，并開始大量應用于工程實踐。
　　目前，孤島地區的資源利用方式總體上還是粗放的，經濟發展對資源的依賴性較大，資源短缺和經濟快速發展的矛盾日益突出，隨著職工收入的增加，環保意識的增強，對生活質量的要求也有所提高，開始逐漸向綠色環保靠攏。在冬季供暖時，孤島地區大多都采用水暖，每年都會消耗掉大量的煤炭資源，從節約資源實現可持續發展考慮，沒有污染、節約能源的"綠色供暖"-地源熱泵技術正逐漸取代"煙熏火燎"的傳統取暖方式，進入人們日常生活。孤島地區從2003年起就開始在一些居民小區試用地源熱泵中央空調設施，憑借其在經濟性、運行節能性以及占地面積等因素綜合比較上極大勝于傳統空調的優勢，迅速發展。另外，勝利油田孤島采油廠氣管隊工程也試用了地源熱泵中央空調設施。
　　地源熱泵采暖工程的造價比一般工程要高一些，但在生活當中用起來就比較省，不但節約資源，更重要的是綠色環保，這符合人們對個人高品質生活的要求，還可以在提高采暖質量的同時，增加房屋室內空間。孤島芙蓉地熱站，在2003年冬天投入運行，據測算，改用地熱資源供暖后，僅芙蓉小區每天就可節約原油消耗8噸，一個供暖季可節約資金100余萬元。
　　目前，對資源的循環利用、節能、綠色、環保已被國家放在經濟發展的核心位置，國家建設部提出各地在建設領域可再生能源利用方面要重點抓好6方面工作中，第二項就是地源熱泵、水源熱泵在建筑中的推廣應用。并確定了資源節約工作重點，即以提高資源利用效率為核心，以節能、節地、節水、節材和發展循環經濟以及大力推進可再生能源建筑應用為重點。地源熱泵技術將越來越多的應用于各項工程中。

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