建筑节能

一种建筑节能技术——水源热泵空调系统

更新日期:09-01-12 点击:

摘要:水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水(江、河、湖水)、地下水、工业废水及生活废水,又可用取之不尽的海水等,借助热泵系统,既能制冷、又能制热,是一种高效建筑节能技术。

 

一、 前言

  进入二十一世纪,能源紧缺已经成为各国经济发展的世界性难题。随着经济的持续发展,人们生活水平的不断提高,对空调的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求,现介绍近年来在空调领域兴起的水源热泵空调系统。

  地球表面或浅层水源的温度一年四季基本不受外界气候影响,相对稳定,一般为10~25℃,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。

  水源热泵是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术。能有效节省能源、减少大气污染及CO2排放。

  水源热泵可采用多种形式的冷热源,如利用地球表面(土壤)或浅层水源(如地下浅层水、河水、湖泊和海水等),或者人工再生水源(工业废水、废气等),既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

二、 发展近况

  国外水源热泵的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利,而真正意义的商业应用也只有近几十年的历史。如美国,到目前为止已安装了40万台,每年以10%的速度稳步增长,年节约能源费用达4.2亿美元。

  美国的水源热泵主要采用盘管深埋技术,与美国不同,中、北欧如瑞典、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源,采用地下土壤埋盘管,用于室内地板辐射供热装置中。

  我国的水源热泵刚刚起步,发展前景看好。目前已经有数个示范工程。在华东地区,越来越多的中国用户开始熟悉水源热泵,并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用;另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。[1]

三、 系统组成及工作原理

   水源中央空调系统是由末端(室内空气处理末端等)系统,水源中央空调主机(又称为水源热泵)系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时,水源中央空调系 统从水源中提取低品位热能,通过电能驱动的水源中央空调主机(热泵)"泵"送到高温热源,以满足用户供热需求。 为用户供冷时,水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源中,以满足用户制冷需求。图1是水源热泵制冷工况的原理图。制热工况 的原理与制冷工况类似,只不过是热泵机组的循环方向相反、相应换热器的功能互换。

  图 1:水源热泵示意图

   水源热泵根据对水源的利用方式的不同,可以分为闭式系统和开式系统两种:闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器,形成封闭的地源水循环系 统,向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水,在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换,实现散热或者取热后,再回灌 到地下或者河流。本文所讨论中心议题是开式系统。

  虽然在长江三角洲地区直接抽取地下水的方式受到严格限制,但是在一些地区仍然是一种可行的节能技术,并且地表水类型的水源热泵不受限制。

四、 水源热泵中央空调与其它常用中央空调冷热源的技术特点对比

  水源热泵在夏季制冷时可使机组的冷凝温度降低、在冬季可使机组的蒸发温度提高,都能提高产能效率;此外,它们所利用的低温热源通常可以来自环境(大气、地表水和大地)或各种废热。热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。

   空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求,传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)(见表1)。如果让传统的空调系统 在冬季以热泵的模式运行,则可以省去锅炉和锅炉房,不但节省了初投资(见表2),而且全年仅采用电力这种清洁能源,还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。

  水源热泵机组系统运行稳定,能效比可达5~6,远大于其它同类型机组(见表1)。系统运行过程中,无燃烧,无任何固态、液态或气态污染物排放,是“绿色”供暖(冷)的环境系统工程。水源热泵的污染物排放与电供暖相比,相当于减少70%以上。

  表1水源热泵中央空调与其它中央空调冷热源的技术特点对比

方式

占地面积

设备寿命

水耗量

驱动方式

环保

备注

水源热泵

机房占地面积小,可设在地下室

20年

只利用地下水源的热量采用回灌技术,不消耗水资源

电能利用系数为3.8~6.0

无燃烧污染水资源与制冷剂不接触,无水源污染,噪音低

需要一定量的水资源,维护简单

溴化锂吸收式直燃机

机房占地面积大,冷却塔要占用屋顶面积,储油设备需要占地,要求有一定的安全间距

10年

冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水

燃油或燃气能源利用系数为80%

有燃烧污染有一定的噪音和水霉菌污染

机房需要设置安全报警装置

水冷机+电锅炉

需设冷冻站和锅炉房,冷却塔要占用屋顶面积,电负荷较大

冷水机组20年电锅炉15年

冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水

电能夏季:能源利用系数为3.5~3.8冬季:90%

无燃烧污染夏季有一定的噪音和水霉菌污染

需要设置两套机组和人员,运行维护复杂