一、什么是地源熱泵
我們先來簡單的認識一下什么的地源熱泵,地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用技術,是熱泵的一種,熱泵是利用卡諾循環和逆卡諾循環原理轉移冷量和熱量的設備。地源熱泵通常是指能轉移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。通常熱泵都是用來做為空調制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內,夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內,一個年度形成一個冷熱循環。
二、一般比較:
地源熱泵中央空調和傳統中央空調相比,最大的特點就在于它的節能性,這也是很多用戶不顧高額初投資選擇地源熱泵中央空調的原因,地源熱泵除了節能外,還有很多的優點,我們可以通過與傳統中央空調的對比來分析地源熱泵到底具有哪些優勢,為什么如此深受用戶青睞。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:環境保護
從土壤源熱泵的整個運行原理來看,土壤源熱泵系統實際是真正意義的綠色環保空調,不管是冬季還是夏季的運行,都不會對建筑外大氣環境造成不良影響。而普通中央空調系統,將廢熱氣或水蒸氣排向室外環境,無一例外的都對環境造成了極大的污染。以地球表面淺層地熱資源作為冷熱源,利用清潔的、近乎無限可再生的能源,符合可持續發展的戰略要求。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:運行效率
對于普通中央空調系統,不管是采用風冷熱泵機組還是采用冷卻塔的冷水機組,無一例外的要受外界天氣條件的限制,即空調區越需要供冷或供熱時,主機的供冷量或供熱量就越不足,即運行效率下降,這在夏熱冬冷地區的使用就受到了影響。而土壤源熱泵機組與外界的換熱是通過大地,而大地的溫度很穩定,不受外界空氣的變化而影響運行效率,因此,土壤源熱泵的運行效率是最高的。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:經濟方面
地源熱泵系統還可以集采暖、空調制冷和提供生活熱水于一體。一套熱泵系統可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和生活熱水加熱的三套裝置或系統,從而減少使用成本,十分經濟。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:運行費用
地源熱泵系統在運行中的節能特點也是顯而易見的:通常地源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量,其制冷、制熱系數可達4以上,與傳統的空氣源熱泵相比,要高出40%,其運行費用為普通中央空調的50%~60%。達到相同的制冷制熱效率,土壤源熱泵主機的輸入功率較小,即為業主提供了較低運行費的空調系統,在全年時間使用空調的場所,這種效果尤為明顯。鍋爐只能將70%~90%的燃料內能為熱量,因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能,比燃料鍋爐節省約二分之一的能量。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:主機設置
對于普通中央空調系統,若設置風冷熱泵機組進行冷熱空調,則風冷熱泵主機的設置必須要與外界通風良好,要么設置于屋頂,要么設置于地面,這對別墅空調受限就更嚴重。而土壤源熱泵主機的設置就非常靈活,可以設置在建筑物的任何位置,而不受考慮位置設置的限制。若設置冷水機組+鍋爐進行冷熱空調,冷卻塔和鍋爐的位置就更受限制。因此,就主機的設置而言,地源熱泵系統的主機設置是非常靈活的。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:系統簡單
一機多用,節約設備用房,應用范圍廣。地源熱泵可供暖、空調,還可用于生活熱水供應系統,一套系統可替代鍋爐加空調的兩套系統,因此一機多用,節省了建筑空間及設備的初投資,機組緊湊,節省設備用房空間,由此而產生的經濟效益相當可觀。
地源熱泵中央空調與傳統中央空調對比:無需除霜
大地土壤溫度一年四季相對保持恒定,冬季也能保持在15℃以上,埋地換熱器不會結霜,可節省因結霜、除霜而消耗的能量。
通過詳細對比,我們很容易發現地源熱泵中央空調優勢非常明顯,從這里我們也可以看出,為什么政府會大力推廣地源熱泵系統,地源熱泵的普及不僅關系到家庭用戶的切身利益,也很大程度上降低建筑能耗,緩解環境能源壓力,優化生態環境。舒適360積極響應政府號召,一直倡導舒適健康、節能環保的室內舒適家居生活,已經成功安裝多套家用地源熱泵系統。
三、其他數據比較分析:
比較項目 | 地源熱泵中央空調 | 溴化鋰吸收式 直燃機組 | 水冷機組+燃油(氣)熱水鍋爐 | 水冷機組+電熱鍋爐 |
占地面積 | 機房占地面積小,也可不設專用機房,采用小機組靈活安裝在各個房間 | 機房占地面積較大 | 需要冷凍機房和鍋爐房,占地面積大 | 需要冷凍機房和鍋爐房,占 地面積大 |
設備壽命 | 主機25年,地埋系統50年以上 | 10-15年 | 冷水機組15-20年燃油鍋爐10年 | 冷水機組15-20年燃油鍋爐15年 |
水資源 消耗 | 利用土壤和地下水的熱量,不消耗水資源 | 夏季冷卻水消耗量為循環量的1%-2%,冬季供熱需排污補水 | 夏季冷卻水消耗量為循環量的1%-2%,冬季供熱需排污補水 | 夏季冷卻水消耗量為循環量的1%-2%,冬季供熱需排污補水 |
能源消耗 | 電能,能效比4~6以上 | 燃油或燃氣,能源利用率80% | 夏季利用電能,能效比3.5~4.5,冬季燃油或燃氣,能源利用率80% | 電能,能效比3.5~4.5 |
環境保護 | 無燃燒排放,無熱島效應 | 有燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染 | 有燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染 | 無燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染 |
運行維護 | 系統組成簡單,維護量小,維護方便,節能效果明顯,節能率40%~70% | 水泵、冷卻塔能耗大,機組冷量衰減快,維護運行費用高 | 需要制冷供熱兩套機組和維護人員,運行維護復雜,鍋爐房需要設置安全措施 | 需要制冷供熱兩套機組和維護人員,運行維護復雜,冬季運行費用高 |
控制靈 活性 | 可分區域控制,各區域可單獨制冷或制熱,互不影響 | 集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱 | 集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱 | 集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱 |
投 資 | 可分期投資,根據實際需要逐臺安裝 | 一次性投資 | 一次性投資 | 一次性投資 |
序號 | 投資及費用 采用型式 | 使用條件對比 | 一次能源利用 | 環境污染程度 |
1 | 傳統中央空調+熱力外網配套 | 初投資高,受熱力外網距離制約 | 不可再生 | 有污染 |
2 | 蒸汽溴化鋰機組+熱力外網 | 初投資高,運行費高,受熱力外網距離制約 | 不可再生 | 有污染 |
3 | 模塊風冷熱泵+采暖(油、氣、電)鍋爐 | 初投資高,運行費最高 | 不可再生 | 有污染 |
4 | 直燃溴化鋰機組+(燃油、燃氣) | 初投資高,運行費高 | 不可再生 | 有污染 |
5 | 傳統中央空調+燃煤鍋爐房 | 受政策限制,環保條件差,占地面積大 | 不可再生 | 污染極大 |
6 | 傳統中央空調+燃油鍋爐房 | 受消防要求限制,運行費極高 | 不可再生 | 有污染 |
7 | 傳統中央空調+燃氣鍋爐房 | 運行費較高 | 不可再生 | 有污染 |
8 | 地源熱泵 | 初投資低,運行費低 | 可再生 | 健康環保 |
類型 項目 | 地源熱泵 | 冷水主機+冷卻塔+鍋爐 | 家用中央空調 | 普通家用空調 |
節能 | 運行費用低、節能 | 夏季較節能,但冬季用燃油鍋爐產生熱水,其能效比低,運行費用高 | 能效比低,運行費用高 | 運行費用高,耗能 |
環保性 | 有專用空調機房,無噪聲 | 夏季冷卻塔設置在室外,有水飛濺,冷卻塔積水容易產生軍團病菌。冬季熱水鍋爐有燃油尾氣污染大氣 | 室外機有噪聲 有熱污染 | 室外機有噪聲 有熱污染 |
運行效果 | 穩定,不受大氣溫度影響 | 夏季高溫高濕,冷卻塔制冷量下降,影響制冷效果。冬季熱水供暖,不受大氣溫度影響。 | 夏季高溫高濕,制冷效果下降;冬季室外溫度低,需停機除霜,制熱效果差。 | 夏季高溫高濕,制冷效果下降;冬季室外溫度低,需停機除霜,制熱效果差。 |
安全性 | 穩定可靠 | 燃油鍋爐設有儲油罐,有一定危險 | 穩定可靠 | 穩定可靠 |
舒適性 | 全中央空調,夏天可提供免費衛生熱水 | 全中央中央空調,夏天可提供衛生熱水 | 全中央空調 | |
調節 | 房間溫度可自行調節,空調主機可在10%~100%無級調節 | 房間溫度可自行調節,空調主機可在10%~100%有級調節 | 房間溫度可自行調節,空調主機可在10%~100%有級調節 | 房間溫度可自行調節,但調節性差 |
對房間裝修及外觀影響 | 風機盤管可結合房間裝修整體布置 無室外掛機對小區環境無影響 | 風機盤管可結合房間裝修整體布置 室外有冷卻塔對小區環境有一定影響 | 風機盤管可結合房間裝修整體布置 室外有風冷熱泵對小區環境有一定影響 | 室內壁掛機和柜機占地并影響裝修整體效果 家用空調室外機放置在外墻對小區環境有影響 |
維修、操作 | 操作簡單,基本無維修 | 操作較簡單,冷卻塔需要更換填料,熱水管道容易結垢,需清洗 | 操作簡單,基本無維修。冬季熱泵用輔助電加熱易損壞,需每年更換 | 操作簡單,基本無維修 |
使用壽命 | 20年以上 | 15年以內 | 10年以內 | 10年以內 |
地源熱泵相關介紹
一、地源熱泵中央空調系統的組成和形式
地源熱泵中央空調系統由室外換熱系統和室內換熱系統兩大部分組成,每一部分都有多種不同的系統形式。室外換熱系統有閉式GSHP(土壤源)與開式WSHP(水源熱泵)兩種系統方式。
1.閉式換熱方式的組成
閉式換熱方式由埋設在地下或拋放在水中的PE管和循環水泵及相關附屬部件組成。由循環水泵驅動PE管路中的循環水,循環水作為熱量的載體將熱量在室內房間與室外土壤或地表水中進行轉換。
2.開式換熱方式的組成及各部分的功能
開式(水源熱泵)換熱方式由抽水井、回灌井、調節水池、板式換熱器、潛水泵、回灌泵、循環水泵及相關附屬部件組成。由潛水泵將地下水抽取到調節水池中。由循環水泵驅動調節水池中的水流經板式換熱器后在送回調節水池。板式換熱器將地下水與室內循環水進行隔離性的熱量交換。當調節水池中的地下水失去利用價值后由回灌泵送回回灌井內。調節水池將抽取上來的地下水進行暫時存放,當水溫降低至不可利用的溫度(冬季)或當水溫升高至不可利用的溫度(夏季)后再進行回灌,這樣對地下水的抽取及回灌都是間歇性的,充分利用了抽上來的地下水的低位能源,減少了潛水泵的開機時間節約了電能同時還降低了回灌的壓力。
二、地源熱泵特點
1、屬可再生能源利用技術
地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源,進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱之為地能(EarthEnergy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能量,比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
2、屬經濟有效的節能技術
地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定,冬季比環境空氣溫度高,夏季比環境空氣溫度低,是很好的熱泵熱源和空調冷源,這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%,因此要節能和節省運行費用40%左右。另外,地能溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,也保證了系統的高效性和經濟性。據美國環保署EPA估計,設計安裝良好的地源熱泵,平均來說可以節約用戶30~40%的供熱制冷空調的運行費用。
3、環境效益顯著
地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當于減少40%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上,如果結合其它節能措施節能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑,但比常規空調裝置減少25%的充灌量;屬自含式系統,即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好,因此,制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染,可以建造在居民區內,沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠距離輸送熱量。
4、一機多用,應用范圍廣
地源熱泵系統可供暖、空調,還可供生活熱水,一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統;可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑,更適合于別墅住宅的采暖、空調。此外,機組使用壽命長,均在15年以上;機組緊湊、節省空間;維護費用低;自動控制程度高,可無人值守。
三、對幾種地源熱泵系統在工程應用中的評述
1)直接利用地下井水的地源熱泵系統:其最大優點是非常經濟,占地面積小,但要注意必須符合下列條件:水質良好;水量豐富;符合標準。
2)地下埋管的地源熱泵系統:對于①垂直式埋管系統,其優點有:較小的土地占用,管路及水泵用電少,其缺點是鉆井費用較高;對于②水平式埋管系統,其優點有:安裝費用比垂直式埋管系統低,應用廣泛,使用者易于掌握,其缺點有:占地面積大,受地面溫度影響大,水泵耗電量大。
3)地表水式熱泵:其優點有:在10米或更深的湖中,可提供10℃的直接制冷,比地下埋管系統投資要小,水泵能耗較低,高可靠性,低維修要求、低運行費用,在溫暖地區,湖水可做熱源,其缺點有:在淺水湖中,盤管容易被破壞,由于水溫變化較大,會降低機組的效率。
4)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結合的混合型地源熱泵系統:適用于空間小,不能單獨采用地下埋管換熱系統的建筑,冷卻塔和閉環式系統相結合制冷,節省成本;事實證明該系統是高效率、低費用的。
四、其他形式中央空調的制冷和取暖方式
(1)冷水機組(制冷)+燃煤鍋爐(采暖)
(2)冷水機組(制冷)+燃油鍋爐(采暖)
(3)冷水機組(制冷)+燃氣鍋爐(采暖)
(4)直燃式(燃油、燃氣)溴化鋰(冷暖)
五、冷、熱量獲取方式
(1)地源熱泵中央空調:電能+地下淺層太陽能
(2)冷水機組+燃煤鍋爐:電能+煤碳
(3)冷水機組+燃油鍋爐:電能+輕柴油
(4)冷水機組+燃氣鍋爐:電能+天然氣
(5)直燃式(燃油、燃氣)溴化鋰:電能+油(氣)
注:1、地源熱泵主機用的冷熱源來自地下恒定的能源,不存在衰減問題,所以運行費用穩定,其他形式機組均存在衰減問題,會引起運行費用逐年增加。
2、地源熱泵主機為全自動電腦控制,無須專人看守和勞動;其他形式機組要有幾個人去管理和勞動。
序號 | 性能 | 風冷熱泵 | 變頻多聯 | 地源熱泵 |
1 | 能量獲得方式 | 從空氣中獲取低品位能量,大量應用將引起城市熱島效應 | 從空氣中獲取低品位能量,大量應用將引起城市熱島效應 | 通過水于土壤或其他自然資源中取能,能有效減小城市熱島效應 |
2 | 系統形式 | 風冷形式,熱傳遞效率較低 | 風冷形式,熱傳遞效率較低 | 水冷形式,可更高效穩定的進行熱傳遞,令系統工作更穩定。 |
3 | 效率衰減 | 高溫和低溫時,熱泵效率衰減量大,即最需要空調時反而是空調效率最低時 | 高溫和低溫時,熱泵效率衰減量大,即最需要空調時反而是空調效率最低時 | 地下溫度全年波動幅度小,熱泵效率基本沒衰減,在室外環境溫度過低和過高時能很好保持舒適性 |
4 | 外機 | 有外機,且外機噪音大,如建筑有景觀要求時難處理 | 有外機,且外機噪音大,如建筑有景觀要求時難處理 | 無外機,不需專用機房,提高建筑使用率;沒有外機噪音,能很好滿足建筑景觀需求 |
5 | 容量限制 | 無容量限制,更大自由度的提供室內負荷及提供某些日常很少用空間的空調予留 | 連接率不超過130%,超過100%時效率降低,超過130時系統不工作。 | 無容量限制,更大自由度的提供室內負荷及提供某些日常很少用空間的空調予留 |
6 | 新風 | 新風自由連接到系統中 | 新風應另配系統,VRF系統內內機不可直接處理新風 | 新風自由連接到系統中 |
7 | 室外換熱器 | 風冷換熱器易于積嵌污垢,清洗不善嚴重影響效果 | 風冷換熱器易于積嵌污垢,清洗不善嚴重影響效果 | 水冷不易臟堵,無風冷換熱器缺點 |
8 | 維修 | 單機維修將不影響整個系統,主機故障將影響整個系統 | 單機與主機任何故障都將影響整個系統 | 維護時只需對單體進行檢修,維護管理方便,不影響系統 |
9 | 節能性 | COP值在3.0左右,效率不高 | COP值在3.0左右,效率不高 | COP值在4.0左右,效率較風冷系統高出30% |
10 | 管路衰減 | 管路衰減小,在10%內 | 既有管長的衰減,同時還有內外機高差衰減,一般要考慮25%以上的總衰減量,相對來說整個系統效率差 | 管路衰減小,在10%內 |
11 | 除霜 | 冬季有間歇除霜,影響制熱性能和舒適性 | 冬季有間歇除霜,影響制熱性能和舒適性 | 沒有除霜,制熱性能穩定可靠 |