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地源热泵在建筑节能方面的应用及监理控制措施
来源:地大热能 2014-03-25

    目前对资源循环利用、节能、绿色、环保已被国家放在经济发展的核心位置,国家建设部提出各地在建设领域可再生能源利用方面要重点抓好几方面工作,特别是地源热泵在建筑中推广应用。地源热泵作为一种有益环境、节约能源和经济可行的建筑物供暖及制冷新技术越来越受到关注,推广应用迅速展开。

    一.地源热泵在建筑节能的意义和紧迫性

    我国是一个发展中大国,又是一个建筑大国,每年新建房屋面积高达17-18亿平方米,超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。随着全面建设小康社会的逐步推进,建设事业迅猛发展,建筑能耗迅速增长。所谓建筑能耗指建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖、空调能耗约占60%~70%。我国既有的近400亿平方米建筑,仅有1%为节能建筑,其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量,均属于高耗能建筑。单位面积采暖所耗能源相当于相近的发达国家的2~3倍。这是由于我国的建筑围护结构保温隔热性能差,采暖用能的2/3白白跑掉。而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿平方米,建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%,逐渐接近三成。

    根据国家新节能法:国家鼓励在新建建筑和即有建筑节能改造中使用节能建筑材料和节能设备,安装和使用可再生能源利用系统。我国地处夏季制冷、冬季供热的地区、空调使用高峰时,空调能耗占电力耗能超过1/3,推广地源热泵可减少空调能耗,从而降低建筑能耗。因此特别适合推广地源热泵技术。

    二.地源热泵系统的构造与原理

    地源热泵是利用水源热泵的一种形式,它是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源,冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。

    (1)、制冷原理

    在制冷状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中,通过冷媒-空气热交换器,以13℃以下的冷风的形式为房供冷。

    (2)、制热原理

    在制热状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量,通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝,由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中,以35℃以上热风的形式向室内供暖

    三.地源热泵空调的优缺点:

    (1)高效节能,稳定可靠

    地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,土壤与空气温差一般为17度,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%~60%,因此要节能和节省运行费用40%-50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量,用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量,所以我们将其称为节能型空调系统。

    (2)不抽取地下水,不破坏地下水资源;无环境污染

    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,真正的实现了节能减排。

    (3)一机多用

    地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

    (4)维护费用低

    地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,系统安装在室内,不暴露在风雨中,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。

    (5)使用寿命长

    地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管,寿命可达50年。要比普通空调高35年使用寿命。

    (6)节省空间

    没有冷却塔、锅炉房和其它设备,省去了锅炉房,冷却塔占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象

    (7)地源热泵缺点

    当然,象任何事物一样,地源热泵也不是十全十美的,如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同.

    总之,地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前

    可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域.

    地源热泵技术在中国的发展趋势

    (1) 初期投资费用少。随着改革开放的不断深入,人们生活水平的不断提高,持续的高速经济增长导致人们对舒适生活的追求,从而使地源热泵这项崭新的技术在中国具有巨大的市场潜力。

    (2)能够提高城市环境质量。随着人们生活水平的提高,对生活质量的要来越高,环保意识增强,人们开始认识到高品质的空气是人类健康的保障。目前居民对空气污染的关注程度越来越高,城市(包括室内)对人们生活以及身体的影响日益受到重视,在碰到身体不适的时候,很多居民开始考虑空气因素的影响。根据《1997年中国环境状况公报》,我国城市空气质量仍处于较重的污染水平。据统计,世界大气污染最严重的10座城市中,中国就占了7席,这也从一个侧面反映出我国城市空气质量不容乐观,加强空气治理,已经到了刻不容缓的时候。目前我国的能源结构中有一个最为不利的因素,即长期以来在能源的生产和消费中煤炭的比例占70%左右。为了彻底整治环境,减少温室气体排放,我国政府正在规划改变以煤为主的能源结构,以实现可持续发展战略

    (3) 能够缓解能源紧张问题。进入新世纪,在生产力高速发展的条件下,人们越来越认识到地球上的资源和能源日益匣乏。我国能源短缺是一个不争的事实,与此同时,我国又存在能源利用率低的矛盾。据统计,我国总的能源利用率约为30%,这仅相当于发达国家90年代的水平。我国建筑耗能约占总耗能的25%,其中供热采暖能耗约占一半。能源短缺导致中国的能源价格越来越接近发达国家的水平。我国要在能源每年增长率仅为3%—5%的条件下满足国民经济持续每年增长8%—9%,就必须重视节能技术和节能产品的开发利用,这决定了我国必须在空调和取暖这一耗能大项上有所改进。就地源热泵技术而言,由于热泵仅仅用来传输热量,而不是产生热量,所需要的热量有70%来自于地下,夏天制冷时,用来将建筑物中的热量传人地下所消耗的电力也非常少,因此地源热泵这项节能技术应用于我国可以在一定程度上缓解我国的能源压力。

    (4) 受到国家相关政策的支持。为了减少我国由于冬季采暖所造成的大气污染,减低国内现有制冷空调的能源消耗,寻求新的低能耗、无污染的供暖制冷空调技术,国家科技部与美国能源部分别代表两国政府签署了中美两国政府地源热泵合作协议,引进和推广美国先进的地源热泵技术。这对地源热泵技术在中国的推广起到巨大的推动作用。八届人大常委会第二十八次会议审议并通过了《中华人民共和国节约能源法》,其中第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术,这也将促进地源热泵事业的发展。自从我国实施《民用建筑节能设计标准》后,提高了建筑隔热保温性能,降低了建筑采暖能耗,结果是大幅度降低了地源热泵采暖方式的年运行费用,增加了地源热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。

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