复合式地源热泵工程应用分析
2010-10-17张宏弢胡海舰
张宏弢,胡海舰,赵 龙
昆明理工大学,云南昆明 650051
0 引言
节能和环保是关系到21世纪国民经济可持续发展的两个重要课题。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,冬季锅炉供暖所造成的大气污染、夏季空调制冷的高能耗问题越来越突出。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,而地源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。
1 地源热泵与传统空调形式对比
地源热泵技术是可再生能源的开发和利用技术,是从土壤、地下水、海水等低品位热源中提取热量,转换成高品位清洁能源,来提供供暖热源或空调冷源的地源热泵系统。热泵系统能效比可达1:4~1:5,即输入1KWh的电能,可输出4~5KWh的热能,其中另外3KWh~4KWh的热量来自免费的天然能源,效率远远高于其它形式的供热方式。采用地源热泵技术,不燃烧任何燃料,是一种极为清洁的能量转换方式,真正做到了零污染、零排放,可以大幅度降低用户的能源使用费用,同时也大量取代燃煤锅炉,解决了环保的压力。
2 地源热泵系统存在的热堆积现象及工程解决方案
夏季,地源热泵系统从室内吸收热量排放到土壤中;冬季从土壤中提取热量来加热室内空间。当夏季冷负荷大于冬季热负荷,即夏季向土壤中排出的热量大于冬季从土壤中吸收的热量时,就出现了热堆积现象。长期的热堆积使土壤温度上升,降低了地源热泵系统的换热效率,同时也破坏了生态环境。因此,在地源热泵系统的设计过程中,应当考虑系统冬夏季的负荷平衡问题,必要时利用辅助设备来实现热量的平衡。
3 复合地源热泵系统节能及环保性
本工程采用2台968kW螺杆式地埋管热泵机组,根据美国ARI标准和中国行业标准JB/T4329-97,结合本建筑物的使用功能,满负荷运行系数取0.6。 夏季制冷按90天,冬季制热按120天,地源热泵机组每天运行10小时计算。
式中:QZL为热泵机组夏季总制冷量(KWh);Q1为热泵机组单位时间制冷量(kW);
t1为热泵机组每天运行时间( h);
T1为制冷运行天数(d);
n1为满负荷使用系数;
代入公式(3.1)得夏季总制冷量为1045440KWh
式中:WZL为制冷季系统总耗电量,KWh;
W2为热泵机组总输入功率,kW;
W3为水泵总输入功率,kW;
t2为热泵机组夏季每天运行时间,h;
T2为制冷运行天数(d);
n2为平均使用系数;
代入公式(3.2)得夏季制冷总耗电量为312120KWh
式中:QZR为热泵机组总制热量(KWh);
代入公式(3.3)得冬季总制热量为1355040KWh
式中:WZR为制热季系统总耗电量,KWh;
代入公式(3.4)得冬季制热总耗电量为491040KWh
整个热泵系统能效比为:
热泵系统全年总的制冷、制热量为280.056万KWh,热泵系统的能效比为3.2,所以本项目热泵系统的节能量为192.5万KWh。
根据1万KWh折标准煤为3.57吨,则本项目热泵系统每年的节煤量为
通过减少常规能源的消耗,可再生能源系统可以有效减轻对环境的负面影响。地源热泵系统在工作过程中不会向环境产生任何排放物,也不会对地下水产生污染,通过可再生能源对常规能源的替代,本工程实施后每年可以减少CO2排放量1821.5t,减排SO2量为5.66t。
4 结论
通过计算显示,由于吸/放热的不平衡性,导致循环液进入机组的温度过高,偏离了土壤源热泵运行的工况范围,为保证土壤的热稳定性,土壤源热泵换热器的换热性能及系统的运行效果,应采用冷却塔辅助散热,从而改善地下换热情况,平衡土壤散热与吸热。同时,采用复合地源热泵系统可有效减少常规能源的消耗,保护生存环境。
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