地源热泵在供热空调系统中的应用及经济性能分析

2022-09-11

1 地源热泵空调系统节能的原理

所谓的地源热泵, 就是指利用土壤中的热能以及地表水、地下水中的热能来作为重要的冷热源, 从而对建筑物进行供暖、供冷的一项空调技术。地球接受着来自太阳给予的恩泽, 在地球表面-20米以下的土壤及地下水中, 常年的环境温度都在一个恒定的温度当中, 一般在16-18℃左右, 即使地表的温度升高或者是降低, 对于-20米以下土壤中的温度也不会造成很大的影响。所以, 可以对换热器加以利用, 将大地与地源热泵之间的热量进行交换, 然后使用电能, 将适宜的温度直接输送到建筑空间之中。对于建筑空间来说, 这种温度在夏季的时候, 可以将室内的温度降低, 从而达到制冷的目的;而在冬季的时候, 则可以使得室内温度升高, 从而达到供暖的目的。并且, 在这一系列的运功之中, 热泵所消耗的功是比较少的, 所以能够降低对电能造成的消耗。

而对于不同空调系统的节能型, 要进行比较的话, 比较直观的方法就是对每一个空调主机的 (源侧) 将载体温度的输入与输出的温差进行比较就行了, 如果温差越小, 那就表明空调系统的节能性越好。比如, 对地源热泵空调与传统的空气源热泵空调来进行对比的化, 这两种空调在输出载体中温度都为7℃而对两种空调主机的输入输出温差进行对比的话, 就会发现每相差1℃, 节能效率相差3%。在夏季的时候, 空气源热泵主机源侧输入温度为35℃, 地源热泵主机源侧输入温度为18℃。二者之间的温度相差为17℃, 即就是使用地源热泵空调系统能够比传统的空气源热泵空调系统更加节能。

2 供热空调中地源热泵的运用

2.1 地埋管道和热泵机组结合

在实际的应用过程中, 将地埋管道和热泵机组进行组合是比较常见的方式之一, 其运行过程比较简单。在设计的过程中, 应当根据地埋管道的位置的区别, 而使用不同长度的管道, 对于水平埋管单位长度来说, 其冷却负荷与热量是不相同的, 通过这样的方式来对钻孔开孔的间距进行合理的确定。对于竖直埋管单位长度的换热量和最大取热负荷计算开孔的占地面积。在上述工作完成之后, 就可以对热泵机房中所使用到的热泵机组的规格型号等进行确定, 包括分集水器、配套水泵、使用台数等等。在前期的准备工作完成之后, 就可以来进行机房实际的图纸设计工作。与此同时, 也需要选择合适的机房面积, 对机房内的电源开关的安装位置进行合理的确定。

2.2 地埋管和热回收机组结合

在实际工程中, 对于排热量系数大于一个单位的工程项目, 可以使用热回收机组与地埋管道相结合的方式来进行设计。对于我国北方地区而言, 其气候条件比较分明, 在冬季的时候气温比较低, 所以对于热量的需求就比较大, 但是到了夏天, 地表气温升高, 又使得温度较高。所以, 在实际的暖通空调设计过程中, 应当根据气候鲜明这一特征, 来进行设计, 并且也可以满足人们在冬天对于热量的需求。在夏天的时候, 就可以使用热回收式热泵机组将热量经过地埋管道将一部分热量排出去, 回收机组将热水加温之后, 将其输送到生活管道中, 从而来满足人们的实际日常需求。在冬天的时候, 可以通过向岩体取热的方式, 从而保证热量的平衡, 在岩体中, 可以将夏季回收的热量用来制冷, 并且这一过程完全可以通过操作人员来对其进行人工控制。

2.3 地埋管与热泵机和冷却塔结合

对于地表以上的环境来说, 大多数情况下在夏季的时候需要室内的温度比室外的低, 到了冬季的时候, 则需要使室内的温度高于室外的温度。而利用地埋管与热泵机相结合的方式, 能够将夏天多余的热量进行收集, 并将其输送到冷却塔之中, 使其在冷却塔中的温度降低, 利用这样的方式, 就能够使得热能得到很好的利用, 而不会造成浪费, 也能够对热量的系数得到充分的保证。而且在我国北方地区, 进入秋天之后, 会产生比较大的风力, 将这些风力进行储存, 就能够为冷却塔的运行提供重要的动力源, 风能转化成机械能, 在能量守恒的原则之下, 冷却塔可以积极的做功, 从而提供充足的动能。

3. 地源热泵系统的经济性能

文章以某办公楼的供热空调系统为例, 在这个系统中, 采用的是空气源热泵系统、地埋管热泵系统以及运行费用方面进行比较。在空调的使用中, 其使用面积为10000m2。

3.1 初投资费用比较

站在初始投资的角度来看, 地源热泵空调系统的最初的投资金额要比空气源热泵空调的投资要高一些, 但是站在全寿命周期的角度来看的化, 地源热泵空调系统的成本要明显的比其他几种系统所花费的更小, 因此站在长远的角度来看的话, 应当考虑选择使用地源热泵系统。

3.2 运行费用比较

具体参数:室内采暖设计温度为18±2℃, 室内供冷设计温度为26±2℃。机组运行系数为0.7。

通过上面的数据进行分析, 以地埋管热泵为基础, 来对每一项方案的初始投资与供热供冷成本进行比较, 可以发现在地埋管热泵中, 所需要的初始投资费用比较高, 但是基本持平, 相比于其他系统来说, 有节省了50%左右。在一些需要使用供暖空调的地方, 对经济性能进行综合的分析, 发现地埋管热泵系统相对其他的供冷供热系统来说, 更具有经济竞争性。

摘要：当前, 随着经济的发展, 对于各种能源的需求也日益增加。地热能是一种新型的可再生的环保型资源, 具有分布范围广、资源储量大的特点, 在我国具有广泛的发展前景。地热能是储存在地表浅层的一种可以无限再生的能源, 因此对地热能进行开发具有非常重要的意义, 能够缓解当前能源不足的情况。例如, 使用地源热泵供暖空调系统, 将热泵机组和大地之间的热量进行交换, 并输入到建筑空间中, 从而实现建筑物内部的制冷或者是制热的目的。基于此, 文章就地源热泵在供热空调系统中的应用及经济性能进行分析。

关键词：地源热泵,供热空调系统,应用,经济性能