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1、第 2 4 卷第 4 期 2 0 0 7年 7 月 河 北 工 业 科 技 He b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n dT e c h nol o g y Vo l . 2 4 ， No . 4 J u l y2 0 0 7 文章编号: I Q 0 8 一 1 5 3 4 ( 2 0 0 7 ) 0 4 一 0 2 3 4 一 0 3 浅谈地源热泵技术 李铁军 ， 王建强“ ( 1 . 邯郸市热力公司， 河北邯郑0 560 00; 2 . 河北工程大学城建学院， 河北邯郑0 5 6 0 0 0) 摘要: 针
2、对目 前传统供热方式存在的环境污染问题， 介绍了热泵技术及分类和优缺点， 以及该技 术应用的必要性， 对地源热泵和其他几种供热、 供冷方式的初投资和运行费用作了比较， 也对其存 在的主要问题做了简单分析， 可知地源热泵技术具有很好的发展前景。 关键词: 地源热泵; 建筑; 空调 中图分类号: T U 8 33十 . 3文献标识码: A O nt e c h n o l o g y o f s o i l 一 s o u r c e h e a t p u mp L I T i 哟u n ， WA N GJ i a n-q i a n 犷 ( 1 . T h e r m a l Cor 卯r a
3、 t i o n i nH a n d a n ， H a nda nH e b e i 0 5 6 0 0 0 ， C h i na; 2 . Col l e g e o f U r b a n Con s t r u c t i o n ， H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i - nee r i n g ， Ha n d a nH e b e i 0 5 6 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r act : F o r t h e e nvi ron m e n t a l 卯l l u t i o n i n t h
4、e t r a d i t i o n a l h e a t i n g ， t h e p a p e r i nt rod u c e s h e a t- p u m p t e c h nol o g y a n d t h e c l a s s i - f i c a t io n ， t h e a d v a n t a g e a n dd i s a d v a nta g e o f i t . T h ep a p e r c o m p a r e s o r i g i n a l i n v e s t m ent a n do p e r a t i o nc
5、 o s t o f h e a t 一 p u m pw i t h t hos e o f s o m e o t h e r h e a t i n ga n d a i r- c o n d t i o n i n g m e t h o d s ， a nal 邓e s i t s c h i e f e 石 s t e n t p r o b l e m， a n dc o n c l u d e s t h a t s o i 卜 s o u r c e h e a t p u m ph a s a g ood d e v e l o p m e n t a l p ros p
6、e c t ， a nd w i l l d e v e l o pr a p i d l y . K e yw o r d s : s o i l- s o u r c e h e a t p um p ; b u i l d i n g ; a i r- c o n d i t i o n i n g 1 热泵与建筑供热空调 随着经济的发展和人民生活水平的提高， 公共 建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。在发 达国家中， 供热和空调的能耗可占到社会总能耗的 25%30%。中国的能源结构主要依靠矿物燃料， 特别是煤炭。矿物燃料燃烧产生的大量污染物包括 大量S q， N O 二 等有害气体
7、以及C O : 等温室效应气 体lj。大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已日 益 成为各国政府和公众关注的焦点。现在禁止在城镇 建设中小型燃煤锅炉房， 体现了政府对保护大气环 收稿日 期: 2 0 0 6 一 0 9 一 2 6 ; 修回日 期: 2 0 0 7 一 0 4 一 1 8 责任编辑: 李穆 作者简介: 李铁军( 197 5 一 ) ， 男， 河北邯郸人， 主要从事热力运行 方面的研究。 境的高度重视。因此， 除了集中供热的形式以外， 急 需发展其他的替代供热方式。热泵技术就是能有效 节省能源、 减少大气污染和 C O : 排放的供热和空调 新技术。 热泵是通过作功使热量从温度低的介
8、质流向温 度高的介质的装置。集中的、 大型高档建筑的空调 系统一般应满足冬季供热和夏季制冷2 种要求。 传 统的空调系统通常需分别设置冷源和热源。由于建 筑空调系统必须有冷源， 因此如果让它在冬季以热 泵的模式运行， 则可以省去锅炉和锅炉房或换热站， 这样不但节省了初投资， 而且全年仅采用电力这种 清洁能源， 还可大大减轻供暖造成的大气污染问题。 采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源 的消耗。通常通过直接燃烧矿物燃料产生热量， 并 通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供 万方数据 第 4 期李铁军等浅谈地源热泵技术 热管线没有热损失的理想情况下， 一次能源利用率 ( 即为建筑物供热的
9、热量与燃料发热量之比) 最高可 为 100 %， 但是， 燃烧矿物燃料通常可产生 15 00一 1 8 。 。的高温， 是高品位的热能， 而建筑供热最终 需要的是低品位的热能， 直接燃烧矿物燃料为建筑 供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃 料产生的高温热能发电， 然后利用电能驱动热泵从 周围环境中吸收低品位的热能， 适当提高温度再向 建筑供热， 就可以充分利用燃料中的高品位能量， 大 大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性 能系数， 即供热量与消耗的电能之比， 现在可达到3 4 ; 火力发电站的热效率可达 35%一58%。采用 燃料发电再用热泵供热的方式， 在现有先进技术条 件下
10、一次能源利用率可以达到2 00%以上。因此， 采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料 消耗， 不仅节能， 同时也大大降低了燃烧矿物燃料而 引起的C O : 和其他污染物的排放。 热泵利用的低温热源通常可以是环境( 大气、 地 表水和大地) 或各种废热。应该指出， 由热泵从这些 热源吸收的热量属于可再生的能源。 克服空气源热泵的技术障碍， 且效率大大提高。 此外 ， 冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后 对建筑供热， 同时使大地中的温度降低， 即蓄存 了冷量， 可供夏季使用; 夏季通过热泵把建筑物 中的热量传输给大地， 对建筑物降温， 同时在大 地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵 系
11、统中大地起到了蓄能器的作用， 进一步提高了 空调系统全年的能源利用效率。 2 空调热泵的分类及其优缺点 以建筑物的空调( 包括供热和制冷) 为目的的热 泵系统有许多种。就其性质来分， 分为空气源热泵 和地源热泵 2 大类。 空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工 况下将室外空气作为低温热源， 从室外空气中吸收 热量， 经热泵提高温度送人室内供暖。空气源热泵 系统简单， 初投资较低。空气源热泵的主要缺点是 在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降 低。而且， 其制热量随室外空气温度降低而减少， 这 与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当室外空气 温度低于热泵工作的平衡点温度时， 需要用电或其
12、他辅助热源对空气进行加热。此外， 在供热工况下 空气源热泵的蒸发器上会结霜， 需要定期除霜， 这也 消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸 发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天 气， 由于其制冷量随室外空气温度升高而降低， 同样 可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于 寒冷地区， 但在冬季气候较温和的地区， 如中国长江 中下游地区， 已得到相当广泛的应用。 另一种热泵利用大地作为热源， 可以称之为 “ 地源热泵” 。由于较深的地层中在未受干扰的 情况下常年保持恒定的温度， 远高于冬季的室外 温度 ， 又低于夏季 的室外温度， 因此地源热泵可 3 地源热泵供热空调系统的经济性
13、分析 地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制 冷， 还可供生活热水， 一机多用。一套系统可以 代替原来 的锅炉加制冷机的 2套装置或系统。 系统紧凑， 省去了锅炉房和冷却塔， 节省建筑空 间， 也有利于建筑物的美观。地源热泵系统的另 一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用 率， 因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统 空调系统运行效率要高40%一60%。另外， 地源 温度有恒定的特性， 使得热泵机组运行更可靠、 稳定， 整个系统的维护费用也较锅炉一 制冷机系统 大大减少， 保证了系统的高效性和经济性。通过 分析热泵机组及压缩机的C O P值发现， 尽管土 壤源热泵具有较好地节能特性( 压缩机的
14、 C O P 值较高) ， 要充分发挥它的节能潜力， 还需选择合 理的系统结构形式， 同时对整个流体输配系统进 行合理的设计和选择， 减少循环水泵和风机等的 能耗， 保证系统具有较高的能源利用效率。 迄今为止制约地源热泵系统在中国应用的主要 障碍是在地下埋管的初投资成本较高。地源热泵空 调系统的经济性受多种因素影响。不同地区、 不同 地质条件、 不同能源结构及价格等都将直接影响到 其经济性。根据国外的经验， 由于地源热泵运行费 用低， 增加的初投资可在 3 一7a内收回， 地源热泵 系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空 调 系 统 ( 见 表1 ) ， 一 。 4 结语 在建筑供热空调
15、中采用热泵技术可以有效地提 高一次能源利用率， 减少温室效应气体 C O : 和其他 燃烧产生的污染物的排放， 是一种可持续发展的建 筑节能新技术。在笔者所讨论的几种主要的热泵系 统中， 空气源热泵的初投资最少， 但效率较低， 且应 用条件受一定的限制， 只能在部分冬季气候温和的 地区得到应用。地源热泵适用范围广， 运行费用低， 万方数据 2 3 6河北工业科技第 2 4卷 表 1 地源热泵与常规空调的投资及运行费用比较 T a b . l C o m p a r i s o n o f i n v e s t m e n t a n do p e r a t i o nc o s t o f
16、 s o i 1 一 s o u r c e h e a t p u m pw i t ht h o s e o f n o r m a l a i r c o n d i t i o n i n g 冷热源方式及序号 1234 项 目 地源热泵 冷热水机组/ 元 (kW 冷量) 一 燃气锅炉/元 ( k w 热量) 一 热网/(元 m 一 “ ) 冷却塔/元 (kw 冷量) 一 飞 地下钻孔及埋管/(元 k w一 1) 机 房 水 泵 、 管 道 、 控 制 等 费 用 / 玩 m-勺 建筑物空调末端费用/(元 m 一 2 ) 6 0 0 8 0 0 冷水机组 与燃气锅 炉配套 5 6 0
17、7 0 0 冷水机组 与城市热 网配套 5 6 0 7 0 0 直燃式浪 化铿冷热 水机组 9 5 0 13 0 0 4 0 0 5 2 0 1 0 0 4 0 6 04 0 6 0 4 0 6 0 8 0 0 14 0 0 2 0 4 02 0 4 02 0 4 02 0 4 0 1 0 0 1 6 01 0 0 ee l 6 01 0 0 1 6 01 0 0 1 6 0 初投资冷指标/(元 m一 勺 3 4 02 8 0 3 3 02 8 0 季节 能源形式 能源单位 价格/ 元 热值/ k w 夏季冬季 天然气 冬、 夏两季 天然气轻柴油 k w hk w hk w hk w h 0
18、。 50 。 50 52 。 00 . 5 1 9 。 52. 03 0 3 56 0 03 56 0 04 30 0 0 0 。 8 5 初投资热指标 效率 4 83 。 53 . 80 8 83 。 80 . 8 8 1 ， 1 5 1 8 5 2 3 7 。 0 4 4 _ 5 l 1 6 1 0 4 8 。 3 4 . 5 2 5 4 . 8 2 . 1 8 哎。，勺 19.4.2 小时燃料耗量/(w h 一 ) 季度燃料耗量/(w 季一 1) 嫩料费用/ 元 ( m Z 季) 一 机房运行费用/元 ( m Z 两季) 一 冷却塔运行费用/ 【 元. ( 耐 两季广， 全年运行费合计/
19、(元 m一 勺 费用比例 2 . 1 1 3 2 3 6 。 6 4 。 5 无 2 5 . 1 1 2 。 9 2 8 0 2 l 4 4 . 5 无 2 5 . 1 1 2 . 6 3 1 6 5 7 8 . 2 9 4 。 5 2 3 7 。 3 3 1 。 4 9 1 . 1 5 1 1 2 7 2 2 . 5 4 4 . 5 2 3 7 。 3 3 1 。 4 9 2 . 6 3 1 6 5 7 8 . 2 9 4 。 5 2 3 4 ， 2 9 1 . 3 7 3 4 . 2 94 3 . 5 4 1 . 3 71 . 7 3 节能和环保效益显著。地源热泵在北美和欧洲的许 多国家已
20、得到广泛的应用， 是一种成熟的技术， 但中 国在地源热泵的应用方面还刚刚起步。推广地源热 泵技术需要政府的政策引导、 对设计和施工人员的 培训、 所需设备和材料的配套以及提高公众对地源 热泵技术的了解程度。在供热空调中应用热泵技术 的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消 费水平较低， 对热泵空调系统的市场需求尚未形成。 随着改革开放以来中国经济的发展和人民生活水平 的提高， 以上 2 个制约因素已不复存在， 空调和供热 已成为普通百姓的需求， 市场前景很好。通过政府 部门、 科研机构和工程技术人员的共同努力， 借鉴国 外的成功经验， 中国的地源热泵应用将得到较快的 推广和发展3，叼。 参
21、考文献 : 徐娟， 郭斌， 郭静， 等. 强化湿式脱硫除尘装置的研究 J . 河北科技大学学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 1 ) : 7 7 一 7 9 . 蒋能照， 姚国琦， 周启瑾， 等. 空调用热泵技术及应用【 M . 北 京: 机械工业出 版社， 1 9 9 & 殷平. 地源热泵在中国 现代空调 M ， 北京: 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 1 - 崔明辉， 赵全胜. “ 并联环路压力损失相等” 用于供暖系统水力 计算的 适用性分析 J . 河北科技大学学报， 2 。 。 5 ， 2 6 ( 4 ) : 3 3 4 - 3 3 6 . 裴侠风. 地源热泵技术的应用现状及展望 J . 制冷与空调， 2 Q 0 4 ， ( 3 ) : 7 6 一 7 8 . 王宇航， 陈友明. 地源热泵研究及应用【 J . 上海建材， 2 。 。 5 ， ( 1 ) : 1 6 一 1 9 . 气JlesJ ，上八乙 尸LFL ，JJ门 口连 rL一.L 门J工日 一勺丹0 户.卫rL 司价咬卜司沙司卜司夕砚产招夕司产刁产诏价诏产招产司产司夕司产司产心产司卜唱产诏产诏夕叫卜心夕叫沙司价招卜切产诏护.司产司卜司卜峭 乡 ， 司产沼卜召卜喇产心夕喊产司产心卜招产司夕诏沙司卜司卜司夕招笋招产司产 锐意进取不断创新展现特色 打造品牌 万方数据