地下水是一个巨大的天然资源,具有极为强大的蓄热功能,其全年的温度波动很小,温度一般都会保持在十分稳定的状态。据统计,埋藏于地表20M以下的浅表层地下水可常年维持在该地区年平均温度左右,是理想的天然冷热源。在水源热泵的水井系统中,水源热泵一般采用由地表水补给的地下水,井深度为50米到300米,且不适宜饮用,这样的水源是水源热泵中央空调的极佳选择。水源中央空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统,可以利用上下的温度差异实现不同季节的温度控制。
与此同时,与其相对应的地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现由低温位热能向高温位热能转移。夏季也可以提取室内热量,并释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
一、水源热泵优点
(一)高效节能。水源热泵是目前空调系统中能效比最高的制冷、制热方式,水源热泵仅仅消耗1kW.h的电量,用户便可以得到4.3——5.0kW.h的热量,或者5.4——6.2kW.h的冷量。比起地源热泵,其运行效率要高出至少20——60%,同时费用却仅为其40——60%。这样高的能耗比对于西北一些欠发达的地区还说,在经济上还是比较合适的。
(二)可再生循环利用。水源热泵的冷热源是充分利用了地球上水体所储藏的太阳能资源,通过能量转换进行的温度调节。地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋都是可以供其利用的水体。地表土壤和水体收集了47%的太阳辐射能量,作为一个巨大的太阳能集热器,它存储的热量比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量)。作为一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体还能自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。所以其中储存的近乎无限的太阳能或地能的充分利用也变成了可能。因此,这样的技术充分发挥了资源的可再生性,绿色环保,充分的符合现代经济尤其是西部经济发展结构和需求。
(三)节水省地。西北地区做为 以地表水为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会对其造成污染;省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。
(四)环保效益显著。水源热泵机组供热时省去了传统供热系统中的燃煤、燃气、然油等锅炉房系统,全部程序无燃烧过程,从根本上避免了排烟、排污等污染;同时供冷时也省去了冷却水塔,也避免了冷却塔带来的的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源热泵机组运行不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。
(五)应用范围非常广。水源热泵系统不仅可供暖、空调,还可供应居民生活用热水,一套系统可以替换原来的制冷、制热两套装置或系统。特别是对于那些对供冷供热都有一定要求的建筑物,水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源,而且减少了在设备上的大量投资。据统计,其总投资额仅为传统空调系统的60%。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,小型的水源热泵更适合于别墅、住宅小区的采暖、供冷。 经济实用,不仅可以满足用户经济上的需求,更能为群众的生活提供不少的方便。
(六)运行稳定可靠,维护方便 水体的温度一年四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动,水体温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性;采用全电脑控制,自动程度高。由于系统简单、机组部件少,运行稳定,因此维护费用低,使用寿命长。
但是水源热泵的应用也受到一定的限制:
(一)实际应用中,对所利用的水源要求较高。 虽然水源热泵在理论上可以利用一切的水资源,但其实在实际工程中,不同的水资源利用的成本差异还是比较大的。所以是否有合适的水源,是能否将水源热泵的经济效益发挥到最大化的一个关键。能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。同时,对于不同的系统,水源的要求标准也较高,如开式系统就要求水源必须满足一定的温度、水量和清洁度。
(二)地理结构的限制 。对于从地下抽水回灌的使用,因此在实际应用中必须考虑该地区的地质的结构,确保可以经济、安全的打井并找到合适的水源,同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件,保证用后尾水的回灌可以实现。
(三)投资的经济性
由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响,水源的基本条件的不同;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说,水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比,在不同地区不同需求的条件下,水源热泵的投资经济性会有所不同。
二、地源热泵优点
(一)属可再生能源利用技术。地源热泵利用地球表面浅层地热资源作为冷热源,进行能量转换,包括地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。作为一个巨大的太阳能集热器,地表热源储存了47%的太阳能量,超过人类每年利用能量的500倍。并且不受地域、资源等限制,无处不在。尤其是对于地热资源较为丰富的西北地区来说,这种技术适用范围更为广泛。
(二)经济有效。由于地热资源的温度常年相对稳定,冬季地热温度比空气温度高,夏季也要比空气温度低,因此地源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%,同时在费用上也会节省40%左右。另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。
(三)环境效益显著。地源热泵的污染物排放,比其他系统减少40%以上,与电供暖相比,甚至于减少70%以上,如果结合其它措施节能效果会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。
(四)系统维护费用低。在同等条件下,采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。由于它的机械运动部件比较少,而且所有的部件都埋在地下或者安装在室内,因此避免了与室外恶劣气候的接触,因此地源热泵是免维护空调,节省了维护费用。此外,机组使用寿命可长至15年以上;而且机组自动控制程度高,可无人值守。
和前者一样,地源热泵应用也受到一系列的限制。
(一)由于地源热泵从地层深处提取热水取暖,其利用率较低,而且热水不可饮用,直接被排入废水沟不能再回流,造成较为严重浪费热力资源。同时长期抽取深层地下水易使形成地下漏斗,影响地层稳定,国家已出台政策禁止。
(二)地热对金属腐蚀是普遍存在的而且很严重。因此,在地源热泵中,防腐问题是一个比较严重的问题。地热水中最常出现起主要作用的腐蚀成分是氯(CL)和溶解氧。氯离子半径小,穿透能力强,因此容易穿过金属表面已有的保护层造成对碳钢、不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀、孔蚀与应力腐蚀等。
(三)氯离子对金属的腐蚀作用与温度还有密切的关系。600cc的地热水CL含量仅只200rTlg/L时,接触到的不锈钢部件也会产生局部腐蚀,而且温度越高对部件的腐蚀作用越强。在地下深层地热水自然状态下通常不含氧气,流出地面后空气中的氧会溶入地热水,溶解氧也是地热水中最常见最重要的腐蚀性物质。
对于西北地区来说,水源热泵和地源热泵各有其适合其应用的优缺点,不能一概而论,而是应该根据不同的地域和环境情况进行不同的选择。
参考文献:
[1]伊亮.水源热泵与地源热泵的联合研究[J].工程学.2009.<1>
[2] 赵添,贾琨,邵利民.地热—热泵供暖自控系统分析[M
].机械工业出版社,2002
[3] 李汉炎,张启.地热能利用回顾与展望[J].建筑设计.2008.<5>
[3]李先瑞,郎四维.水源热泵-一种经济、节能、可行的空调能源方式[J].建筑热能通风空调.1999.<1>
期刊VIP网,您身边的高端学术顾问
文章名称:
水源热泵和地源热泵(土源)在西北地区的应用
文章地址:
http://www.qikanvip.com/nengyuan/1363.html