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水源热泵技术简介
来源:地大热能 2014-08-06

 当今社会,环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事,如何解决这一问题,已成为全人类的课题。在这种背景下,以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生,而热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调。

    热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利,而热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国,截止1985年全国共有14,000台地源热泵,而1997年就安装了45,000台,到目前为止已安装了400,000台,而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中有新建筑中占30%。美国热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会,该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台热泵的目标,届时将降低温室气体排放1百万吨,相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩,年节约能源费用达4.2亿美元,此后,每年节约能源费用再增加1.7亿美元。与美国的热泵发展有所不同,中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,地下土壤埋盘管(埋深<400米深)的地源热泵,用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。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,而且发展势头看好。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统,已建成数个示范工程,越来越多的中国用户开始熟悉热泵,并对其应用产生了浓厚的兴趣,可以预计中国的热泵市场前景广阔。之所以对中国的热泵市场发展前景持乐观态度,一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势;另一方面,我国具有较好的热泵科研与应用的基础,早在50年代,天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究,1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。我们有理由相信,在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上,在各级政府的有力支持下,中国的科技界与企业界携手共进,依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。正如水能够通过水泵能从低处向高处流动一样,热泵系统就是能够把能量从温度低(低品位能量)传递到温度高(高品位能量)的设备系统。它是以花费一部分高质能为代价,从自然环境中获取能量,并连同所花费的高质能一起向用户供热,从而有效地利用了低水平的热能。

    在制冷模式时,高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器,向水中排放热量而冷却成高压液体,并使水温升高。到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽,同时吸收空气的(水)的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体,如此循环不已。此时,制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。在供热模式时,高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体,到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器器蒸发成低压蒸汽,蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体,如此循环不已。此时,供热环境需要的热水在冷凝器中获得。热泵系统是一种高效、节能、节资、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。它利用空气、地表水、地下水、工业废水及地下常温土壤资源,借助压缩机系统,完成制冷(制热)。它无须任何人工资源,彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。它不向外界排放任何废气、废水、废渣,使人们远离粉尘、废气和霉菌,是一种理想?quot;绿色技术"。

    目前我国利用较多的是水源热泵,就是以地下水作为冷热"源体",在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖,在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。传统的暖通空调系统需要很多辅助系统或设备来完成一个完整的暖通空调功能,如冷却塔。而水源热泵系统只是通过与地下水的热交换来完成制冷或制热的效果。只应用一个硬件系统,通过在不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换,就可以完成制冷与制热功能的转换。

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