地源热泵供暖制冷技术在暖通空调节能中的应用

地大热能地热+多能互补新闻网讯：地源热泵技术是以地热作为热泵装置的热源或热汇,继而对建筑进行制冷或者采暖的技术。随着不断地开发,这一技术正在逐步的走向成熟,在实际的使用过程中,只要对空调通入少量的电源,就可以实现高温热源向低温热源进行能量转移的功能,从而达到制冷或者供暖的效果。由于在不同的季节对供暖制冷的要求不同,因此会采取不同的技术来对其进行处理。在冬天,地热资源相比较于环境来说作为高温热源,要将热量提取出来进行室内供暖或者热水供应,相反对夏季而言,地热资源又成为低温热源,通过相应的技术把室内的热量传递到地下,从而实现降温的效果。因此,地源热泵技术可以有效地满足生活中的供暖制冷,而且对降低能耗和保护环境有着很好的作用。

欧洲发达国家如瑞士、奥地利、德国均使用地埋管地源热泵为室内地板供暖, 并提供生活热水, 瑞士地源热泵的使用比例高达96%。近些年, 能源危机加剧, 掀起了世界范围内的地源热泵研究热潮, 地源热泵装机量空前增加。地源热泵已经具有工业级应用价值。

地源热泵暖通空调主要形式

根据热量来源不同, 地源热泵暖通系统可分为土壤源、地下水源、地表水源三类。埋管式土壤源热泵系将使用水作为工作介质, 在土壤内部换热管道与热泵机组之间循环流动, 完成机组与土壤之间的热交换, 根据埋管形式不同, 可分为水平和垂直两类, 这也是应用最为广泛的地源热泵形式, 无需抽取地下水。

地下水源热泵以地下水作为热量来源, 抽出地下水之后将水送到换热器和热泵机组, 提取或者释放热量之后再送回地下, 该方案的使用需要征得地方政府的许可, 同时地下要具有充足的水量, 回灌工作是该方案的重点。

地表水源热泵使用地表水作为冷热源, 抽取江河湖海水, 形成开式循据地源侧水应用方式不同, 地源热泵还可以划分为闭环与开环两类, 其中闭环换热器内的工作介质不和外部水或者土壤相连通, 工作介质在封闭的循环系统内与外部环境完成热交换, 在热泵机组和地下埋管之间循环。开环系统则直接抽取外部水作为工作介质, 一般都应用板式换热器完成和外部水之间的热量交换, 保护内部热交换器。

地埋管换热器。为了提高暖通空调方案的经济性, 提高能源利用率, 建筑中除了有特殊要求的消防、电梯机房等房间之外, 其余房间均采用集中空调方案。地埋管热泵空调末端设计和常规暖通空调一致, 换热器是地埋管地源热泵设计的核心内容, 要根据建筑规模确定合适的地埋管钻井数量与长度, 并对钻井分布进行合理规划。在施工区域内进行换热性能测试, 并进行钻孔换热量计算, 从而了解钻井单位井深的换热能力, 选用双U型换热器, 根据总供热需求计算钻井个数:

根据经验与计算结果, 进一步确定井深、有效埋深、间距、井直径等相关参数, 布置钻井要充分利用建筑周边绿化带, 采用梅花状布置方案, 连接制冷机房, 将地源侧集水器与分水器均布置在制冷机房内, 所有钻井支路均采用同程设计, 确保所有支路水压平衡, 支路总管穿墙进入机房分别连接集水器与分水器。

热回收卫生水系统。国内关于空调系统热回收技术的研究已经初见成效, 通过热回收机组, 将冷却水中的热量集中起来, 用以生活、生产热水预热/加热, 能够在降低空调热污染的同时充分利用废热。

回收热进行低温用水预热热交换效率更高, 即便应用于高温水加热, 其总功耗仍然远远小于锅炉加热。在地源热泵暖通空调系统中应用热回收技术,回收热不仅可以用于冷水预热, 还可以应用在地热补偿中, 将废热引入地下, 从而能够弥补地热损失, 缓解地热不平衡问题, 减小散热设备的设计容量。

冷却塔运行策略

冷却塔是缓解地热不平衡的重要辅助冷源, 系统余热引入能够在一定程度上弥补地热损失, 但是作用有限, 引入冷却塔则基本能够达到地热平衡。冷却塔的启停运行策略, 成为解决地热不平衡问题的关键。

设备选型。冷却塔要能够弥补所有系统释放热量与制造热量之间的差, 同时还要避免选型过大造成的浪费。

地源热泵技术是一种低位可再生能源技术, 相比于电力, 使用地源热泵作为建筑暖通空调能量来源, 有着清洁、节能的优势, 是一种绿色的暖通空调方案, 在保护环境和节能减排方面都能够发挥重要作用。