热泵技术推广应用（精选12篇）

热泵技术推广应用 第1篇

1 工程概况

本工程分为5个区,共有单体20多个,每个单体均为2层～3层建筑,主要功能有餐饮、娱乐、会议、客房、游泳池等。占地9.3万m2,地上建筑面积约1.43万m2,地下建筑面积约1.21万m2,容积率为0.153,鸟瞰整个园区像盛开的一朵花的五个花瓣。每个单体之间及单体与园区围墙之间有大量的绿地面积。除地下车库及设备用房外均要求设置中央空调,周围无城市热力管网,且要求冷热源低碳环保。

2 前期准备

根据本工程既要满足低碳环保,又有足够的地埋管空间的现状,选用地源热泵作为冷热源。由于我国在土壤源热泵技术的应用方面处于起步阶段,而地埋管换热器的传热性能随着施工地点的地质构造不同发生很大变化,因此,有必要采用现场测试法进行地埋管换热器的实地试验研究,为土壤源热泵的优化设计和可靠运行提供试验数据。为了准确掌握工程地点的地质情况和地下热物性参数,进行了地埋管实验孔安装和地下热响应测试。采用单u地埋管测试。根据实验数据和推导的传热模型,得到项目地点的地下综合热物性参数:导热系数为1.54 W/(m·K),岩土初始平均温度约为16 ℃。夏季换热能力为54.83 W/m。冬季换热能力为31.73 W/m。

3 地源热泵冷热水机组设计

1)建筑物空调负荷计算结果:冬季最大热负荷为1 700 kW,夏季最大冷负荷为2 200 kW。2)建筑物游泳池和高温池及客房等最大用卫生热水负荷为1 200 kW;游泳池和高温池维温负荷为450 kW。3)根据以上数据选择机组如下:a.螺式地源热泵机组(高温型)。制冷量1 137 kW;制热量1 080 kW;COP=5.93;EER=3.44。b.螺杆式地源热泵机组(高温热回收型)。制冷量1 137 kW;制热量1 080 kW;回收热量1 080 kW;COP=5.93;EER=3.44。c.螺杆式地源热泵机组(卫生热水型)。制热量497 kW;EER=3.9。

夏季开启编号为a和b机组或部分负荷时优先开启机组b,回收热量满足夏季最大卫生热水用热负荷;过渡季节开启机组c满足部分卫生热水负荷;冬季应优先保证空调用热负荷开启机组a和b,空调用热为部分负荷时开启机组a或b及机组c,冬夏季不足卫生热水负荷由辅助热源提供。

4 地埋管换热器设计

土壤源热泵机组的综合COP(能效比)冬季3.44,夏季5.93。根据空调负荷求出冬季最大地下取热负荷为1 207 kW,夏季最大散热负荷为2 572 kW。空调冬季从土壤吸收的热量和夏季向土壤排放的热量可以由下述公式计算:

Q1=Q热×(1-1/COP)。

Q2=Q冷×(1+1/COP)。

其中,Q1为冬季从土壤吸收的热量,kW;Q2为夏季向土壤排放的热量,kW;Q热为冬季最大热负荷,kW;Q冷为夏季最大冷负荷,kW。夏季向土壤排放的热量按满负荷计算为:夏季空调向土壤排放的热量-卫生热水回收量,其值为1 492 kW,过渡季节及冬季均为从土壤吸收热量,从建筑物全年动态负荷模拟结果来看,通过调整卫生热水负荷,基本可达到放热和取热的平衡。

1)方案1。

按照夏季工况进行埋管,总埋管量为:夏季向土壤排放的热量/每米埋管散热量=492 000/54.83=27 211 m。

2)方案2。

按照冬季工况进行埋管,总埋管量为1 207 000/31.73=38 040 m。由此可得应按方案2考虑埋管数量。

3)地埋管场地的确定。

通常地埋管换热器埋设场地可有两种选择:a.建筑物基础桩基之下;b.建筑物范围以外空地。由于地埋管换热器施工需要的时间比较长且必须在埋管完成后方可进行建筑物桩基施工,影响整个工程进度,同时埋设于桩基下的每个回路地埋管都要求接至建筑物以外,检查井内用阀门控制,以备任何一回路出现问题时能独立关断,整个管路系统复杂,且造价高,故本工程选择将地埋管敷设于建筑物以外空地。

4)埋管形式的确定。

埋管形式分垂直埋管和水平埋管两种,因水平埋管占用的面积过大,本工程选用垂直埋管形式。

5)埋管数量计算。

如按单u垂直地埋管设计,钻孔深度100 m,有效深度80 m,埋管孔数n=38 040/80=476,考虑15%的余量后得出埋管总数为n=548。从地质勘察报告及热向性报告来看本场地地下有大量的卵石层,为了降低埋管成本设计采用双u垂直地埋管,据资料查证:双u埋管孔数可为单u埋管孔数的85%～90%,考虑本工程场地实际情况及回路平衡,共设计7个检查井,63个回路,504个孔位,钻孔直径180 mm,钻孔间距5 m。垂直管路间采用同程并联式,供回水环路集管埋深大于1.5 m,且两管之间间距0.6 m,水平集管保持0.002以上的坡度。

5结语

本文通过工程实例,详细介绍了地源热泵系统设计的步骤,明确了土壤源热泵系统设计时热相应报告的必要性,确定了地埋管优化设计方案,包括地埋管换热器的形式、管深、管间距等设计参数,从而解决了地埋管室外换热器和热泵机组设计和选型。由于地源热泵系统设计处于初级阶段,希望本文能对初涉地源热泵系统的设计工作者提供一些帮助。

参考文献

[1]徐伟.可再生能源建筑应用技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]美国制冷空调工程师协会.地源热泵工程技术指南[M].徐伟,译.北京:中国建筑工业出版社,2001.

热泵技术推广应用 第2篇

环境污染和能源危机已成为当今世界的两大难题，开发利用天然冷气、热源能够为空调带来节能和环保双重效益，因而越来越受到人们的重视，水源(地温)热泵系统正是同时具备这些要求的一种中央空调新型技术，

水源(地温)热泵利用地表水作为冷热源，夏季水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，冬季水体温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高;不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。在利用水源(地热)热泵时应注意以下方面：

在采用水源热泵技术时，前期的水文分析非常重要，应根据地下水源实际情况，进行可行性的研究报告。适用的原则：水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定、回灌可靠。因此，前期的认真、科学的水文地质勘探工作非常必要。

水源热泵中央空调主机，是冷热源的核心，它的质量好坏直接影响整个系统的可靠性和使用效果，

建议选用国内外有良好信誉的厂家，尤其是技术质量优、生产历史久、售后服务好的知名品牌。

众所周知，水源热泵空调的能效比(COP值，约等于输出功率/输入电功率)高于常规空调，但也有极限，一般在4、6，但国内某些厂家标称其热泵机组能效比可达到7、8之多，甚至少数还有11、12。这是不符合实际、不科学的，是对用户的极端不负责任，是一种欺骗行为。

水源热泵的关键技术在于水井。水井的成井工艺极为重要，必须要求是大口径钢制管井。法国CIAT在水井方面有独到的技术和经验，在实际使用时可比传统方式节省部分井水用量，并能够成功实现同抽同灌。

由于水源热泵中央空调系统使用率极高，因此对设备的性能、质量要求也比较高，各种辅助设备和材料的合理匹配也是获得良好效果的基础。CIAT的一贯作风是施工中保持较高的工程水平，选用优质设备材料，将工程做成展示、宣传窗口，为业主带来更佳的社会效益。

热泵技术在供暖中的应用 第3篇

【关键词】热泵；采暖；设计

0 引言

近年来，由于我国北方大部分地区冬季采用燃煤锅炉取暖，很容易形成雾霾天气，新型节能环保的采暖方式呼之欲出。随着国家“煤改电”政策的推行，热泵（主要是空气源热泵）、电地暖、蓄热电暖气、太阳能供暖等节能型清洁能源技术和产品也得以推广。空气源热泵加上末端低温地板辐射采暖在多个不同维度的考量下均表现良好，特别是在使用费用、基础投资、节能性和全过程费用方面均排名第一。然而由于温度、技术等客观因素，造成某些热泵产品无法在低温环境下正常运行，制热效果也不尽人意。本文对制约热泵采暖发展的问题进行探讨，为热泵技术在采暖系统中的优化设计与应用提供参考。

1 热泵系统的概念和原理

我们都有一个常识：水不可能自发地从低处流向高处，要将低处的水输送到高处去，必须用一台水泵（消耗电能作为补偿），才能将低处的水送到高处。同理，热量也不可能自发地从低温环境传送到高温环境中去，如果要实现热能从低温环境向高温环境的转移，必须通过一台设备，并消耗一部分机械功（例如电能）作为补偿，这种设备就称为“热泵”。空气源热泵原理就是利用逆卡诺原理，以极少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，是一种节能高效的热泵技术。空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了贮水箱中的水，冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。

2 热泵系统的应用范围

随着热泵技术的不断发展，超低温热泵机组是针对北方严寒地区设计的，适用环境温度-25℃以上地区，常规热泵机组在-5℃、增强型热泵机组在-15℃以下不能正常制热。超低温热泵机组相对系统能效比COP更高，因机组的温度响应极快，供应热水的能力极强，即使在-25℃的超低室外环境温度下，依然能够完美稳定地提供恒温热水。末端采用低温地板辐射采暖系统，可以使热泵节能的优势得到更好的发挥。地板采暖技术成熟，以35℃-45℃低温热水为热媒，通过埋设地板内的塑料管（常用PEXR管，PE-RT管，PP-R管或铝塑复合管）把地板加热，均匀地向室内辐射热量，是一种对房间微气候进行调节的节能采暖系统。地板的储热能力强，可使建筑保温性提高，节能效果显著。空气源热泵与水地暖的组合COP均超过3.0，具有运行能效高、运行费低的特点。由空气源热泵作为能源，与地板采暖相结合建成集中式或分散式采暖系统。可广泛应用于华中、华北、西北南部等地区。

3 热泵系统的常见问题

空气能热泵采暖的制热量受环境温度因素明显，一直是制约我国热泵采暖发展的技术难题。南北方气候条件、房屋结构、生活习惯有诸多不同，笔者主要从“寒冷地区”和“夏热冬冷地区”使用热泵而引发的问题进行分析。当前热泵的不足和原因有以下几个方面：

3.1设计人员对热泵性能了解不够深入

设计人员没有充分考虑低温运行条件下热泵的性能以及采暖负荷的变化，热泵机组选型偏小。一方面采暖系统设计人员没有注意到空气源热泵的制热量随环境空气温度的下降而减小，按以往采用热水锅炉等热源装置的方式考虑热源装置的容量；另一方面，市场上信息比较混乱，空气源热泵热水机的额定制热能力按20℃环境温度考虑，而典型的热泵采暖运行环境温度为7℃，两个测试条件的差异就导致30%左右的热量差异。此外，环境温度为-7℃热泵的制热能力约为环境温度为7℃的55%，与此同时，建筑物的采暖热负荷则随环境温度的下降而增加，若设计人员对这些问题认识不足，就会导致热泵系统制热量不足，导致采暖效果不好。

3.2热泵产品良莠不齐

热泵制造企业未掌握热泵冬季制热设计的关键技术，其后果不仅导致冬季制热性能不良，而且压缩机容易损坏。以前在家用空调制造行业，冬季压缩机烧毁现象是一个突出问题。随着产业集中度的提高，往大企业集中，设计错误导致压缩机冬季烧毁的情况在房间空调器制造行业基本消失，但是由于近年来大量中小企业进入热泵热水器制造行业，同样的问题成为热泵热水器行业的突出问题，以至于在我国市场上出现了热泵热水器专用压缩机。必须指出，类似的热泵产品在日本已经出现30年，而且这类产品在日本的市场保有量大约为我国的100倍，而在日本这类问题并没有发生。由此可见，问题不在于这类产品的技术合理性，而在于个别企业的设计不当。

3.3未采用壓缩机调速技术，以及一些诸如补气等方法，一味依赖辅助热源

在冬季利用辅助热源解决热泵供热量不足问题，是在热泵应用早期的无奈之举，随着压缩机变容量技术以及补气技术的应用，空气源热泵在冬季对辅助热源的依赖逐步减少。

热泵性能的好坏取决于热泵搬运空气中热能并转化为热水的能力。热泵应从吸热（从空气）能力、散热（到热水）能力两个方面进行优化设计，使热泵的性能最好，热能利用率最佳。使用超大面积的空气热交换器，配合高质量的电机和风扇系统，吸收的空气热能更多，使用于进行交换成热水的热量远超一般的热泵。换热器最好采用双循环水路钛管设计，相比传统的钛管单循环，水经过冷凝换热器的时间更长，接触面积更大，相同的热能可以加热更多的热水，效率更高，并最大限度地减少水垢的生成。应该指出，空气源热泵的推广应用，在我国刚刚开始。这项技术不单单是生产企业开发新产品，有了“高效节能” 桂冠就可一卖了之。建筑结构设计上也要有墙体和门窗的保温，如果房间结构不节能，任何高效产品都没有意义。热泵产品要有好的可靠性和售后服务。任何瑕疵都会影响热泵的正常工作，尤其在寒冷季节出现故障，不仅风险极大，也会使热泵供热的名声扫地。

4 结束语

根据目前技术的发展状态以及前景，未来空气源热泵加上末端低温地板辐射采暖型式将会成为供暖型式的首选。在节能减排大行其道的今天，推广空气源热泵的目的是出于对能源、生态环境的保护。在利用资源的同时我们更要做到资源的保护，这才是推广它的真正意义。

参考文献

[1] GB50019—2003.采暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] 北京市住房和城乡建设委员会，住宅户式空气源热泵供热和太阳能生活热水联合系统应用技术导则[M]. 2013.

[3] 清华大学等四校合编.空气调节.第二版.北京：中国建筑工业出版社，1986.

[4] 马一太，代宝民.空气源热泵用于房间供暖的分析，制冷与空调[J]，2013，13 （7）： 6-11.

风源热泵技术技术在峰峰集团的应用 第4篇

冀中能源峰峰集团薛村矿风井区使用的2台6.5 t蒸汽锅炉,自1989年安装至今,已经投运达20多年,每年大修,耗煤,成本很高,随着现在绿色矿山的建设,及服务年限远远超限,急需改造。

2 改造内容

通过对风井区锅炉改造方案的优化论证,从薛村矸石热电厂引蒸汽至风井区费用较高,使用风源热泵机组费用较低,且我矿有稳定的风源,及邢台东庞矿有使用风源热泵的供热成熟经验,因此决定对风井区锅炉改造采用风源热泵供暖方案。改造内容:拆除风井区供暖锅炉,利用锅炉房原址,安装热泵机组,及配套设备,及管道,输送至风源热泵机组,再与原供暖设施管道打叉连接。

3 风源热泵工作原理

风源热泵系统以30HXC-HP2螺杆式水-水热泵机组为核心,利用矿井回风将一次水源热量交换,使之保持15°C~18°C,为热泵机组提供能量来源,热泵机组2个循环回路,每个回路安装有2台双螺杆压缩机,压缩机通过工作运转将HFC134a制冷剂压缩循环,制冷剂由液态变成气态,再由气态变成液态反复循环,做着吸热、放热的循环,吸取一次水源热量,将热量释放到二次循环水系统中,完成加热过程,热泵机组二次循环水温度在55°C~60°C之间。各个场所、地点利用被加热的二次循环水,进行取暖。

取暖场所安装有空调机组,启动后离心风机将流经空调盘管的热量吹了出来形成暖风20°C~32°C之间,供取暖。井口则使用39G大型空调机组进行热能提取,保证井口供暖温度。

4 实施方案实施方案:

a)拆除原2台6.5 t蒸汽锅炉,利用原锅炉旧址进行安装改造;b)安装3台热泵机组3台427 kw=1 281kw,及辅助设备;c)安装风源热泵专供开关,变压器;d)由于风源热泵机组对水质要求高,新钻1眼18.5 kw的深井水;e)抽风机出风口安装风源引入设施及输入管道;f)室外供暖管道打叉连接。

自2011年6月份开始,至2011年11月份结束期间,先后对风源热泵工程项目进行了土建施工,安装了3台热泵机组及辅助设备,共投入资金1 050108元(其中设施购置费用:608.786 1108元),于2011年11月15日正式投运,至今各系统设备运行正常,供热满足井口防冻要求,设备负荷运行情况:37 kw,3台冷水泵,3台热水泵,每2运1备,24 h/天运行。7.5 kw2台补压泵,1运1备,12 h/天运行。3台主热泵机组,型号30HXC400A-HP2,427 kw/台,2台24 h/天运行,夜里加1台12 h/天。18.5 kw潜水泵,12 h/天运行,共10台12.64 kw热风机组,每天运行4台,夜里运行6-7台,24 h/天。软化水泵3 kw2台,1运1备12 h/天运行,58个90 w空调热交换器,井口30个,其他办公,机房28个,井口24 h/天运行,其他12 h/天运行

5 节能经济效益测定

改造后:风源热泵机组投入运行,无需使用自用煤,通过对风源热泵工程项目定期(2011年11月15日-12月15日)耗电实测,供电高压开关盘电表PT:6 000/100v,CT:300/5A,倍率3 600,一个月耗电913 600=32.76104kwh,年采暖季共计耗电:32.76104 kwh4个月=131.04104kwh。

改造前:根据原锅炉用能情况,2010年11月15日至2011年3月15日采暖期4个月,年采暖耗燃煤3 191.68 t,耗电39.12104 kwh。每月耗煤、耗电见表1:

改造前原锅炉供暖面积为:风井付井筒,付井车房,抽风机房,压风机房,3层办公楼,及地面工房。改造后供暖面积与改造前没有变化。自2011年11月15日,风源热泵正式投运,至2011年12月31日,改造后比改造前节约自用煤1196.88吨,增加用电:32.76104KWh1.5月(改造后)-(6.01+8.9)104 KWh(改造前)=34.23104 KWh.2011年项目完工后,实现节能量1 196.88吨0.7143t标煤/t-34.23104 KWh3.5t标煤/104 KWh=735.12 t标煤。

改造后比改造前年节约自用煤3191.68 t,增加用电91.92104 KWh,年节能量3191.68 t0.7143 t标煤/t-91.92104KWh3.5 t标煤/104 KWh=1958.10 t标煤。

改造前原锅炉运行费用:

a)燃煤:3 191.68吨600元/吨=191.5008万元;b)电费:39.12104 kwh0.59元/kwh=23.08104元;c)日常维护:采暖季25104元;d)锅炉大修费用:因锅炉年限较长,大修费用32104/年。共计费用271.5808104元。

改造后,风源热泵机组运行费用:a)电费:131.04104kwh0.59元/kwh=77.31104元;b)维护费用:风源热泵机组都是成熟技术,运行设备稳定,运行维护费用相对较低,每个采暖季10104元,共计费用:87.31104元

综上所述:改造后年增加用电91.92104 kwh,创经济效益:271.5808-87.31=184.2708104元,供暖面积:辅属建筑2 000 m,和一个直径6 m,深度500 m井筒防冻保暖。

6 投资回收期

地源热泵技术特点 第5篇

1、地源热泵技术属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、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。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、地源热泵属经济有效的节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，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，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%，因此要节能和节省运行费用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。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。

3、地源热泵环境效益显著 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。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。

4、地源热泵一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。

热泵技术推广应用 第6篇

关键词：空气源热泵；中央空调技术；推广应用；效益分析

中图分类号： U260 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-50-2

0 引言

为促进节约型铁路建设快速发展，切实做好新技术推广应用工作，不断提高能源消耗运行的质量，以达到节能降耗的目标实现。根据铁总和路局节能减排要求，结合我段实际，以推广新技术为出发点，努力提升绿色空气源热泵中央空调新技术应用的氛围，积极推进节能新技术应用，经过实践探索和研究 ，摸索出空气源热泵中央空调节能新技术和资源综合利用的有效方法，并取得良好的效果。对铁路房舍空气源热泵中央空调节能新技术大修改造创新化提出了建议。

我段管内赵城车间洪洞线路工区位于南同蒲中段洪洞县城内，毗邻大槐树景区。担负着南同蒲587K-597K上下行20公里正线，10公里站专线，32组道岔的养护任务。桥梁工区担负南同蒲563K-610K管内的143座涵洞、41座桥梁、43座防撞架的维修保养任务，这两个工区现有职工38人（养路28人、桥梁10人），现有住房，养路工区为24间，桥梁工区11间，面积总共680平方米。

2014年以前这两个工区在冬季取暖共用0.5吨锅炉1台，用煤95吨，锅炉供暖面积680平方米，两个工区共有各式空调5台，用电容量10kW；电扇及吊扇40个（办公场所及单身宿舍），用电容量3.6kW，空调电扇制冷面积680平方米。洪洞是个旅游城市，且该工区有毗邻大槐树景区，为了保证景区范围内环保空气质量，当地环保部门对取暖锅炉的环保要求特别严格，多次下达1吨以下锅炉改造燃油、燃气或停止使用，要求必须限期整改。其次该工区所处城区限制大型货车通行，煤炭一次运送不到位，需要进行二次搬运。为改善当地环境，改善职工工作场所的质量，采用优化方案，决定采用空气源热泵中央空调系统。

1 洪洞线桥工区空气源热泵空调系统概况

洪洞线桥工区空气源热泵中央空调系统建设方案采用空气-水交换式热泵机组系统， 主要由空气源热泵室外机组、室内风机系统和室内外管道等组成。工程总投资35 万元， 2014年10 月建成并投入使用。

1.1 空调系统室内外技术参数指标情况

室外夏季计算干球温度37.2℃ 、计算湿球温度27.9℃，冬季计算干球温度- 9℃、相对湿度69% ；室内夏季25℃- 27℃， 冬季18℃-20℃。

1.2 冷、热负荷的确定

根据现场安装的实际情况以及使用功能， 经测算总需冷负荷68kW， 总需热负荷81.6kW。

1.3 热泵机组的选型

空气源热泵机组选用LSQWRF65M/A-G1美的空气源机组1台， 主要技术参数为： 供冷量21kW/台， 供热量31.5kW/台， 夏季输入功率20kW/ 台， 冬季输入功率31.5kW/台（具体见表1）。

2 效益分析

由于空气源热泵系统采用特殊的换热方式，使它具有燃煤、燃油燃气、太阳能系统不可比的优势。空气源热泵空调系统投入使用后，可一次性拆除空调5台、锅炉1台、电扇40台，并调剂到其他工区使用，每年少用煤炭、电力、维修、人工费用约计8万元左右。而空气源热泵空调系统按平均负荷26kW，年使用220天（夏季制冷期100天、冬季采暖期120天）平均每天工作12小时，年用电量为6.8万kWh，目前，洪洞工区使用的电价为0.86元，年费用计5.85万元。两项对比可以看出（如表2所示）：

3 效果

通过在洪洞工区试用， 空气源热泵技术节约效果显著， 能源利用率提高许多， 降低温室效应有害气体的排放，应用推广性强， 成本低，比燃煤锅炉节省16250元，既节能又环保。

3.1 节能

冬季运行时， COP（性能系数） 约为4， 即投入1kW电能， 可得到4kW左右的热能， 夏季运行时， COP性能系数） 可达到投入1kW电能， 可得到4kW以上的冷量， 运行费用是锅炉的60% 左右。

3.2 环保

空气源热泵系统利用冷媒在蒸发器中与空气进行热交换，吸收空气的热量，（为什么会吸收空气的热量，是因为这种物质的沸点很低，一般是零下四十几度。由于物体由液态变成气态要吸收大量的热量，所以这里的空气相对来说温度已经很高，所以一定会吸热），在蒸发器中吸热以后由液态变为气态，进入压缩机，由压缩机把这种冷媒加工成為高温高压的蒸汽，然后进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒与水进行热交换，冷媒的温度下降，由高温高压的气态变成液态，释放大量的热量，而水就可以吸收这种热量，冷媒就又回到储液罐中，等待下一次的循环，正是因为冷媒的这种周而复始的循环，把大量的热能源源不断地从空气中带到机组循环运行的水中，散发到每个房间。制冷则反之。首先空气源是因为我们能量的大量的来源是空气，是原生态的环保能源。略去燃煤锅炉系统， 降低温度供冷比单个空调制冷面积大大增加，所有工区的房屋全部享用。

3.3 可重复使用

空气对于使用的热泵机组可以说是取之不尽，用之不竭的。

3.4 空气源热泵中央空调技术机器具有多种用途

一是可以降低温度，进行制冷，同时又可进行供暖，解决冬天取暖问题。该套装置系统可以替代原有的锅炉供暖系统和空调制冷设备，意义重大。

3.5 智能自动控制自动化

装置内外部机组与系统实现智能自动控制自动化控制。根据实际情况，进行温度调控，节能效果显著。实现了降支节耗的目的，主要表现在人力、物力方面。

3.6 节省空间

装置主要安装在室外或房顶很小的空间，不需要提供专门的机房。

通过试用，满足了空气源热泵中央空调技术在我段应用的需求，具有极高的推广价值和良好的市场前景。

4 建议

4.1 逐步实施空气源热泵中央空调技术改造

鉴于使用该技术后，电费等节约率效果明显。一次改造后数月月即可节约回投入成本，建议对段管内各工区，采取分步实施、修改结合的方式，逐步实施空气源热泵中央空调技术改造。具体实施中，可先期在运城、临汾、侯马等地区房舍应用量较大先实施改造，以求取得明显的节支降耗效果。将更换下来的空掉和锅炉装备进行入库造册，合理处置，直至全部更换完毕，达到资源综合利用的目标。

参 考 文 献

[1] 铁燕，罗会龙.空气源热泵辅助供热太阳能热水系统技术经济性分析[J].制冷与空调，2009（04）.

船用冷热全效热泵技术应用 第7篇

国际海事组织、欧盟、美国都纷纷提出了对船舶尾气排放物的限制指标, 并明确了各指标的执行时间。我国交通运输部也明确了“十二五”节能减排的主要目标:到2015年, 与2005年相比营运船舶单位运输周转量能耗下降15%左右, 二氧化碳排放下降16%左右。因此, 努力开展船舶节能减排研究, 积极应对行业发展的新要求, 是目前船舶航运业面临的一个重要课题。

船舶空调装置是保证船舶安全航行以及船员正常工作和生活的重要设备, 是现代船舶重要的耗能装置。但现有船舶空调系统相对落后, 具有较大节能潜力。

热泵是一种将热量由低温热源输送到高温热源, 从而实现对指定空间制冷和供热功能的能量综合利用系统, 是节能的技术手段之一, 对低位热能的开发和利用具有重要意义。

本项目积极推广冷热全效热泵在船上应用, 一是要在船上实现热泵全部的制冷、供热、提供生活热水等功能, 改善现有船舶空调装置只能提供冷量的局限;二是大幅度提高现有船舶空调系统的能耗水平, 积极应对国际社会不断提高的船舶节能减排要求, 为我国船舶运输行业做大做强助力。

船用冷热全效热泵技术得到了重庆市有关部门的重视, 并作为在重庆交旅集团豪华游轮项目上首选的热泵技术予以应用和推广。重庆交旅集团计划打造长江最大最豪华游轮10艘。本项目选用交旅集团游轮项目的“交旅2号”进行示范。

船用冷热全效热泵技术在重庆交旅集团豪华游轮上的应用和推广, 将产生良好的示范作用, 也为进一步在其他船型上的推广应用积累了经验。

2 节能原理

(1) 现有船用空调 (热泵) 状况

现有船舶空调系统的冷量由冷水机组提供, 热量靠燃油锅炉或废气锅炉提供。冷水机组与热泵的工作原理相同, 区别是前者只能提供冷量, 后者既能提供冷量, 也能提供热量。现有船舶冷水机组工作原理如图1所示。

现有船舶空调不能切换成制热或者制取生活热水模式, 大大限制了热泵技术的节能效果。

(2) 冷热全效热泵技术原理

冷热全效热泵技术是以水源热泵技术原理为基础, 在为人工环境提供空调冷冻水的同时, 制备卫生热水或工艺热水, 实现冷热全效。冷热全效热泵技术原理如图2所示。

夏季, 高温高压气态的制冷剂进入卫生热水换热器内冷凝, 将冷凝热释放到卫生热水中, 取代了燃油加热卫生热水, 当卫生热水温度达到设定值后, 多余的冷凝热再通过江水 (海水) 带走。蒸发器换热过程与水源热泵系统相同。冬季, 高温高压制冷剂通过冷凝器将热量传递给采暖循环水和卫生热水, 经节流后通过蒸发器从低温的江水 (海水) 中吸热后回到压缩机, 完成循环。

应用船用冷热全效热泵解决了原有船舶空调只能制冷的限制, 实现了一机同时为船舶提供冷量、热量和生活热水的功能, 完全 (或部分) 取代传统的燃油锅炉系统, 具有较高的能效比, 节能效益显著。

3 技术内容

3.1 主要技术内容

目前, 同样基于热泵原理的单制冷产品冷水机组已经在船舶上得到了大规模的应用, 在应用、完善过程中, 已经解决了压缩机抗击摇摆问题, 缓解了冷凝器的脏堵现象。因此, 热泵技术从原理上具备船上应用的可行性。

但传统冷水机组的蒸发器结构不适于直接利用江水、海水, 脏堵后无法清洗是其致命的弱点。因此, 船用热泵技术的一个研究重点是解决如何直接利用江水/海水等低位热能, 且保证机组长期可靠高效工作。

3.2 实施方案

本项目以交旅集团“交旅2号”游轮为项目平台, 设计了船用冷热全效热泵系统, 机房及机组照片如图3、t图4所示。

项目选用3台SGHP800MQII型冷热全效热泵机组, 室内末端采用除湿型风机盘管。夏季, 1、2号机组全部开启, 提供空调冷水的同时加热卫生热水, 3号机组完全备用。此方案替代传统船舶所用的冷水机组+燃油废气锅炉制备生活热水的系统。冬季, 根据热水需求情况, 1、2号机组可同时供卫生热水, 并且互为备用;3号机组用于供空调热水;2号机组可以作为3号机组的备用机组。此方案替代传统的采暖和生活热水系统。

3.3 技术创新点与关键点

(1) 针对船舶摇摆特性和水质特点, 采用专利技术的改进型满液式蒸发器, 一方面实现了江 (海) 水在直管内流动, 避免了传统干式蒸发技术无法解决的换热器壳侧积沙、脏堵且无法清洗、防腐蚀成本高等问题;另一方面, 满液式蒸发技术充分利用大空间池沸腾原理, 大幅提高蒸发过程的换热系数, 提高机组能效。

(2) 船用冷热全效热泵系统采用机组压差回油与引射器回油相结合的内部回油循环, 保证蒸发器内润滑油顺利回到压缩机;同时, 采用外置回油设计和副油箱设计, 保证船舶在倾斜与摇摆时机组的回油, 确保机组运行可靠。

(3) 针对船舶倾斜与摇摆带来的蒸发器供液波动问题, 采用了独特设计的换热器结构, 确保液位波动情况下的稳定供液。

(4) 针对船舶摇摆情况下蒸发器液位波动导致过热度大幅波动的问题, 采取了电子膨胀阀随动控制, 通过膨胀阀开度跟踪PID调节, 缓解过热度大幅波动, 避免蒸发器液位大幅波动。

(5) 采用专利的双管束壳管冷凝器技术, 保证冷却水和回收的生活热水系统独立运行、自由切换且互不污染, 完美实现冷热全效功能。改进的冷凝器供液装置设计, 可保证摇摆过程中连续稳定供液。

(6) 针对航区江水 (海水) 温度, 调整设计工况, 利用满液式蒸发优点, 采用大流量小温差设计, 充分利用江水 (海水) 低温热源, 保证优良的性能。

(7) 多种功能智能转换。通过系统逻辑计算, 在机组控制上, 实现了四种工作模式:制冷、制热、卫生热水和制热+卫生热水联合运行, 实现余热的最大利用。

4 推广应用条件

(1) 冷热全效热泵技术成熟, 积累了丰富的项目应用经验。

冷热全效热泵机组于2007年研发成功并投入市场, 目前已经在全国累计推广面积达到120万m2, 应用项目超过60个, 应用地域遍布全国。产品自投放市场以来, 运行可靠, 节能减排效果明显, 市场增长迅速。

(2) 中国船级社立项专题研究, 积极推动先进热泵技术船舶应用。

中国船级社就先进热泵技术在船舶中的应用问题立项进行专题研究, 冷热全效热泵技术是其中的一项重点内容。项目组成功攻克了热泵技术在船舶中应用面临的多个技术难题, 为先进热泵技术在各类有空调制冷、冬季采暖和生活、生产热水需求的船舶及海洋建筑物上的应用奠定了技术基础。

(3) 加紧制定规范标准, 做好技术支持工作。

中国船级社在对先进热泵技术进行立项研究的过程中, 注重规范标准的制定, 积极做好热泵产品船舶应用的技术支持工作。目前, 围绕热泵技术的规范标准制定工作已经取得了显著进展。

(4) 各级领导高度重视, 抽调精干力量组成课题组。

为了推动热泵技术在船舶上的应用, 高质量地完成项目工作, 各级领导非常重视, 多次与项目组研讨, 并赴现场指导工作, 积极协调工作中出现的新情况、新问题, 抽调多名研究骨干组成课题组, 有力保证了项目的顺利实施。

5 效益分析

5.1 节能效益

以“交旅2号”游轮为例, 采用船用冷热全效热泵机组后, 夏季平均每天节油1 048 kg, 冬季平均每天节油1 330 kg。按夏季运行135天, 冬季运行80天计算, 每年节约燃油247.88吨, 折合357吨标准煤, 减排二氧化碳956.8吨, 节能减排效益明显。

以下为按照设计工况进行的详细计算, 其中部分数据来源于实船调研, 由于各船的实际运行情况不同, 所以, 在其他船上的应用效果可能与本计算稍有差别。详细能耗分析情况见表1～表5。

5.2 经济效益

本项目设备投资380万元, 与传统冷水机组相比增加投资220万元, 其中由于采用冷热全效热泵而节省的燃油锅炉和汽水换热器成本未考虑在内, 如考虑在内, 那么本项目比传统冷水机组增加的投资将大大减少。

取燃油价格为7 600元/吨, 则年节约运行费用188.39万元, 即便是实际运行工况的节能量为设计工况的70%, 那么投资回收期也只有3年, 经济效益良好。

从“交旅2号”单船来看, 年节约运行费用约为188.39万元, 如交旅集团剩余的8艘游轮都采用该热泵技术, 那么估计年节约运行费用约为1 507.12万元;如果能将该技术从内河船推广到海船, 再进一步推广到海洋建筑物, 那么年节约的费用将数以亿计, 可见, 经济效益非常可观。

5.3 社会效益

(1) 项目解决了长期以来船用空调系统技术落后, 能耗偏高的问题。充分利用船上丰富的水资源, 以冷热全效热泵技术为基础, 充分考虑船舶的航行特点, 攻克多个技术难题, 研发出了船用冷热全效热泵机组, 通过应用该热泵机组, 提高了船舶的总体性能, 降低了能耗水平, 对环境保护具有积极作用;

(2) 船用冷热全效热泵机组能够实现余热利用的最大化, 具有目前其他热泵机组、冷水机组无法相比的高能效, 其原型机组在陆上已经得到了较广泛的应用。通过在船舶运输行业应用冷热全效热泵机组能够大幅度提高目前船舶空调系统的技术水平, 为船舶行业的节能减排工作起到良好的推动作用;

(3) 船舶运输在物流市场占有举足轻重的地位, 船舶的能耗问题是不容忽视的。该项目的实施, 提高了船舶整体的能耗水平, 可为船东带来明显的经济效益, 也必将进一步提高行业的节能意识, 促使行业不断追求更先进的节能技术, 从而进一步促进船舶运输行业的技术进步和整体服务水平的提高。

摘要：船舶空调系统及生活热水耗能在船舶总能耗中占有一定的比重, 充分利用低温热源-江水 (海水) , 是船舶节能减排工作的一个重要手段。该项目在引入陆用冷热全效空调热泵技术的基础上, 结合旅游船舶特点, 设计应用了高效船用冷热全效空调热泵系统。此系统以江水 (海水) 作为冷 (热) 源的热泵系统:可在夏季提供冷量的同时提供生活热水, 在冬季充分利用江水 (海水) 里的低品位热能, 满足空调采暖和热水的需求, 完全 (或部分) 取代传统的燃油锅炉系统, 实现冷热全效。

浅析热泵技术的原理及应用 第8篇

1 热泵的概念及工作原理

所谓热泵, 就是一种以消耗一部分低品位能源 (机械能、电能或高温热能) 为补偿, 使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位, 提供品位较低而数量更多的能量。所以热泵实质上是一种热量提升装置, 热泵的作用是从周围环境中吸取热量, 并把它传递给被加热的对象 (温度较高的物体) 。通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质空气、河水、海水或者是从工业生产设备中排出的工质, 这些工质常与周围介质具有相接近的温度。

热泵由低温热源 (如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水、污水等) 吸收热能, 然后转换为较高温热源释放至所需的空间 (或其它区域) 内。这种装置即可用作供热采暖设备, 又可用作制冷降温设备, 从而达到一机两用的目的。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的, 在夏季空调降温时, 按制冷工况运行, 由压缩机排出的高压蒸汽, 经换向阀 (又称四通阀) 进入冷凝器, 制冷剂蒸汽被冷凝成液体, 经节流装置进入蒸发器, 并在蒸发器中吸热, 将室内空气冷却, 蒸发后的制冷剂蒸汽, 经换向阀后被压缩机吸入, 这样周而复始, 实现制冷循环。在冬季取暖时, 先将换向阀转向热泵工作位置, 于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽, 经换向阀后流入室内蒸发器 (作冷凝器用) , 制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热, 将室内空气加热, 达到室内取暖目的, 冷凝后的液态制冷剂, 从反向流过节流装置进入冷凝器 (作蒸发器用) , 吸收外界热量而蒸发, 蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入, 完成制热循环。

2 热泵在国际和国内的发展史

从国际的情况看, 随着工业革命的发展, 19世纪初人们对能否将热量从为温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质这一问题产生了浓厚的兴趣。1854年W.Thomson教授首次描述了热泵的设想;到1912年瑞士就出现了有关地源热泵的专利;20世纪30年代, 随着氟利昂制冷机的出现, 热泵有了较快的发展;特别是二战以后, 工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺, 促进了大型供热及工业用热泵的发展;1973年得全球能源危机, 进一步促进了热泵在世界范围内的发展。

从国内情况看, 早在20世纪50年代就有相关的专家开展热泵研究, 并在1965年开发出了第一台水冷式热泵空调机组。但是, 受文化大革命的影响, 热泵研究工作在那个时期及前后一段时间几乎停滞了。改革开放以后, 也就是1983年至1985年左右, 相关机构又开始尝试热泵的研究工作。目前, 中国热泵行业发展欣欣向荣, 中国的社会经济由过去的粗放式发展转变为今天的科学发展, 节能和环保成为我国“十一五”计划的关键内容, 中央政府和各地政府相继出台了鼓励热泵技术推广应用的政策和措施, 热泵技术成为建筑节能与环保关键技术被社会各界所认识, 可以说热泵遇到了百年不遇的大好发展良机!

3 热泵的发展优势

世界性的能源危机和生态环境的破坏使节能和环保成为世界各国特别是我国面临的两大课题。以煤直接燃烧为主的能源结构和用能系统的效率低下是造成我国大气污染严重和能源短缺的主要原因。实施可持续发展能源战略已经成为新时期我国能源发展的基本方针, 可再生能源在建筑中的应用成为建筑节能工作的重要组成部分。热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一, 近年来在国内得到了日益广泛的应用。在这样的背景下, 热泵的绝对优势就凸现出来, 主要表现在四个方面:

1) 节能。在建筑空调系统中应用热泵技术能有效的控制一次能源的耗散速率, 这是重要的建筑节能手段。

2) 环保。热泵带煤供暖, 其节能与减排率都超过30%, 可以降低室内气体的排放, 减少燃煤对环境的污染, 从而很好的保护我们赖以生存的自然环境。

3) 热泵技术是可再生能源规模利用的重要途径。热泵所利用的能源主要是来自空气、土壤和地表水或地下水, 这些能源可以不断再生, 永续利用, 而且资源分布比较广泛, 与建筑所需能源品位接近, 很适合充分开发利用。

4) 热泵系统是一种生态循环的冷暖系统。比如地源热泵系统, 冬天的时候, 通过热泵将大地中低位热能提升用于建筑供暖, 同时将冷量储存在地下, 以备夏天之用;夏天的时候, 通过热泵将建筑内的热量转移到地下, 对建筑物进行降温, 同时储存热量, 以备冬天之用。

总之, 综合我国的能源形势和特点, 热泵技术在提高一次能源利用率, 合理节约能源和资金, 以及保护生态环境方面具有很重要的现实意义, 所以这项技术非常符合我国可持续发展的政策, 是落实科学发展观的具体体现。

4 热泵分类及其应用

热泵依据其获取能源的不同, 可分为三类:土壤源热泵、地下水源热泵、空气源热泵。这三类热泵在一次能源利用效率、初投资和使用的约束条件方面各有特点。

4.1 一次能源利用率方面

根据几类热泵系统的实验数据和用户使用能耗的数据统计, 空气源热泵系统的年综合一次能源利用率为1.1~1.25;土壤源热泵系统的年综合一次能源利用率为1.2~1.35;地下水源热泵系统的年综合一次能源利用率为1.5~1.7。由此可见, 三类热泵在节能效果上有差异, 按照节能率由低到高排序依次为空气源热泵系统、土壤源热泵系统、地下水源热泵系统。

4.2 初投资方面

根据工程应用过程中积累的投资数据统计情况, 在公共建筑空调工程中, 空气源热泵系统的初投资为200~220元/建筑平米;地下水源热泵系统的初投资为220~240元/建筑平米;土壤源热泵系统的初投资为300~350元/建筑平米。可见三类热泵系统在初投资上有差异, 按照初投资多少由低到高排序依次为空气源热泵系统、地下水源热泵系统、土壤源热泵系统。

4.3 使用中的主要约束条件方面

土壤源热泵系统的突出优点是系统比价简单、运行稳定, 节能效率高于空气源热泵, 对建筑周围的环境没有影响。其主要缺点是地下换热器的换热效率较低, 因而地下换热器需要占用较大的土壤面积和空间。根据工程一般经验, 土壤源热泵系统所占用的土地面积和所服务的建筑物空调面积的比例约为 (1.3~1.5) ∶1。由于我国是一个人多地少的国家, 土地资源非常宝贵, 在北京、上海、广州等大中型城市, 大面积推广应用土壤源热泵系统将受到土地资源的严重制约。

地下水源热泵系统的突出优点是系统较简单, 节能效果好, 初投资适中。其主要缺点是系统以通过抽取和回灌地下水的方式实现建筑物与地下水之间的热量转移, 该系统在运行过程中是否会对宝贵的水资源造成加速消耗和生态破坏, 目前争议较多。

空气源热泵系统的突出优点是系统简单, 安装简便, 不受资源约束, 造价便宜。其主要缺点是年综合能效比较低, 其供热效果和能效受气候条件影响较大, 机组的技术难度大, 系统运行的稳定性和可靠性相对较差。但是, 用空气源热泵系统在北方地区带煤供暖的节能率和减排率都在30%以上, 其社会环保与经济效益仍然十分突出。从资源的限制条件和节能环保的形式来看, 适宜于北方地区的超低温空气源热泵将是北方地区带煤供暖的主力军, 具有广阔的市场前景。

5 结语

谈地源热泵技术及其应用 第9篇

环保和节能成为全球发展的主题, 可再生能源的开发与利用受到了广泛的重视。地源热系统被称作新世纪最有效的冷暖中央空调技术, 逐步走进人们的视野, 这项技术夏天不用冷却塔, 冬天不用锅炉房, 不燃煤、不燃油、不燃气, 夏季能供冷, 冬季能供热。

2 地源热泵工作原理及特点

2.1 地源热泵工作原理

地源热泵是充分利用水与地下能源 (如地表水、地下水或土壤等) 进行冷热能量的交换, 作为地源热泵的冷源和热源。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。

2.2 地源热泵的特点

地源热泵系统把不可直接利用的热能 (如空气、水、土壤、太阳能、工业废热、污水等) 转化为可直接利用的热能, 既节能又环保还节约了成本, 同时还可根据室外温度合理调节供热与制冷的温度, 工作性能稳定、操作维护简便。

3 地源热泵系统在中铁十二局集团一号楼、二号楼的应用

3.1 建筑概况

中铁十二局集团一、二号楼住宅楼建筑总面积40 000 m2, 建筑高度103.3 m, 地上33层, 地下1层, 是集住宅、商铺为一体的综合性建筑。

3.2 地源热泵系统的工作原理及特点

中铁十二局集团地源热泵系统为地埋式地源热泵系统, 整个系统由地下埋管换热系统、地源侧循环泵WCFXHP系列热泵机组、低区循环系统、高区循环系统、用户室内末端组成。地源热泵工作流程图见图1。

3.2.1 地源热泵供热工作原理

1) 地下埋管换热器循环系统。

地下埋管换热系统中的循环介质吸收大地的热量后, 通过地源端分水器, 经地源循环泵加压后, 进入WCFXHP系列热泵机组, 与机组的蒸发器进行热量交换后流出热泵机组, 经地源端集水器后返回。周而复始, 从而达到热泵机组从大地中取热的目的。

2) 高低区循环系统。

根据楼层的高低及供热的压力不同, 分为低区循环系统 (1层~17层) 和高区循环系统 (18层~33层) , 低区和高区循环系统通过板换相连进行热交换。低区系统水进入热泵主机, 提温达到机组设定温度, 经系统循环泵加压, 一部分进入分水器中, 再由分水器送入用户端 (1层~17层) , 经用户端后再由集水器返回热泵机组。另一部则由分水器流入板换器与高区循环系统形成热交换, 从而使高区循环系统达到设定温度, 经高区系统循环泵加压, 再由高区的分水器送入高区用户端 (18层~33层) , 经高区集水器返回。

3) 室内末端循环系统。

采用地暖管进行供热。三个系统周而复始的循环, 从而实现将热量转移到建筑物中。

3.2.2 地源热泵制冷工作原理

制冷工作时, 地下埋管系统与WCFXHP系列热泵机组的冷凝器相连, 冷媒介质吸取室内热量, 系统水经机组冷却后, 通过高低区循环系统送入用户, 最后通过用户端空调风机实现供冷。

3.2.3 热泵机组原理及特点

1) 机组的组成。

WCFXHP系列是采用立式全封闭螺杆压缩机的水 (地) 源热泵机组, 其主要部件有:立式全封闭螺杆压缩机, 满液式蒸发器, 壳管冷凝器, 板式换热器, 供液球阀+马达, 热力膨胀阀, 液位传感器。热泵主机结构图见图2。

2) 主要器件及系统的工作原理。

a.压缩机。压缩机由安装固定机壳内的一对立式阴螺杆转子组成, 机壳上有吸气口和排气口, 一对转子做纯旋转运动, 压缩机运动平稳, 吸气和排气过程同时进行, 排气气流均匀持续无脉动。压缩机机壳内安装有特种高温型电机, 电机靠压缩机排出的制冷剂冷却, 最终将热量通过冷却水带走。

b.制冷剂系统。压缩机通过排气截止阀把高温、高压的气体排到冷凝器, 在冷凝器中, 制冷剂气体在管外凝结, 把热传递给管内的冷却水。液态的制冷剂把其积聚到冷凝器的底部, 然后排出, 排出的液体一部分经过截止阀, 电磁阀和热力膨胀阀进入板式换热器换热, 用来冷却另一部分直接进入板式换热器的液体, 吸热蒸发的制冷剂气体回到压缩机补气口, 主供液管路液体被冷却后经过供液球阀节流后进入蒸发器。蒸发器液位由液位传感器测量, 并由调制马达通过控制球阀开度来调节。液态制冷剂在蒸发器中沸腾, 冷却在蒸发器管束中流过的水。被蒸发的制冷剂气体流向吸气管, 通过吸气截止阀, 吸气止回阀门吸气过滤器进入压缩机。在压缩机内, 气体被压缩, 并开始重新循环。

c.油路系统。油回收系统分高压油回收系统和低压油回收系统。高压油回收系统包括油分和回油管路, 外置油分将大部分压缩机排气夹带的油分离出来, 从油分底部的回油管路回到压缩机吸气管, 被压缩机抽回。低压系统包括引射泵和回油管路, 油分没有分离出来的少量油被带入蒸发器, 通过蒸发器上的回油口, 经引射器的动力将富油制冷剂从蒸发器回油孔引出, 再经过回油阀、干燥过滤器、止回阀、视液镜送到吸气管路上, 从而进入压缩机。

d.液体喷射循环系统。从冷凝器出液板换前分出一路经角阀、电磁阀、干燥过滤器、视液镜单向阀和角阀进入压缩机液体喷射口, 经过节流膨胀, 产生低温的制冷剂气体与压缩机转子中的制冷剂混合, 从而降低排气温度, 保证压缩机在恶劣的工作情况下正常运行。

e.机组容量控制系统。每台压缩机都有一个液压容量控制系统, 它控制滑阀位置, 从而调节压缩机负荷大小, 它由一个常闭加载电磁阀 (A) 、一个常开卸载电磁阀 (B) 和一个内部压力调节阀组成。压缩机正常运行时, 阀A及B通电 (A开、B闭) 高压油直接控制导引滑阀。作用在滑阀活塞表面的压力产生的推力足以克服反向的弹簧力, 推动滑阀向加载方向移动, 当给压缩机“保持”命令时, 阀A断电 (闭合) , 滑阀的运动停止。在保持状态下, 调节滑阀的内在压力允许油从滑阀室泄出。若滑阀B断电 (打开) , 作用在滑阀上的高压油会排到吸气口, 滑阀室的压力降低。此时, 滑阀弹簧就会恢复到最小容量位置。滑阀运动全过程的合适时间大约为 (40±10) s。机组容量控制系统示意图见图3。

3.3 系统维护

按规定的程序执行开机和停机顺序, 记录并分析机组运行参数, 注意冷冻、冷却水过滤器前后压降, 压降过大需要清洗过滤器。

定期将机组停机, 断开主断电器, 检查控制柜及电器设备有无松动的导线、烧毁的触头、烧坏的导线。定期检查冷凝器管程的结垢程度, 若发现结垢严重, 清洗管路。

在每年冬季、夏季使用前都要对供冷制热管路及过滤器进行清洗以保证系统的正常运行。

3.4 地源热泵技术运用情况及发展

中铁十二局集团小区冬季供热尚未并入太原集中供热网, 为单位自主供热模式。原有的供热系统已不能满足一、二号楼新增的40 000 m2供热需求, 若继续采用传统的供热方式, 必须将原有的锅炉拆除, 进行改建扩容, 这样既不经济也不环保。

采用地源热泵技术对一、二号楼进行单独供热后, 传统的供热模式和地源热泵技术得以共存, 这样既节约了成本, 又满足了用户的需求。地源热泵从2012年10月30日至今运转良好, 冬季室内温度达到20℃~24℃之间。夏季室内温度达到18℃~25℃之间, 满足了用户的需求。

通过地源热泵技术在一、二号楼的成功运用, 也为此项技术在中铁十二局集团范围内的广泛使用奠定了坚实的基础。

4 结语

地源热泵技术作为一项新型高效清洁环保节能技术, 虽然是首次在中铁十二局集团公司范围内使用, 但经过一年的成功运行, 充分体现了它的节能、环保的优点。没有了传统采暖煤尘的污染, 采用智能化操作, 降低了劳动强度, 节约了成本, 是一项非常值得大力推广的新型技术。

参考文献

[1]GB 50366-2005, 地源热泵系统工程技术规范[S].

[2]马最良, 吕悦.地源热泵系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]中铁十二局集团地源热泵工程资料[Z].

浅谈地源热泵技术的应用 第10篇

某办公楼建筑为地上20层, 地下室1层, 地下室车库按六级平战结合人防工程设计。总建筑面积为26 835.76m2, 其中地上建筑面积24 399.28 m2, 地下室建筑面积2436.48 m2, 建筑高度为73.8 m。

2 空调室外设计计算参数

1) 夏季空气调节室外计算 (干球) 温度为33.2℃, 经空气调节后室内计算 (湿球) 温度为26.4℃, 空气调节日平均温度28.6℃, 室外计算相对湿度最热月平均78%, 室外平均风速1.9 m/s, 大气压力98.86 k Pa。

2) 冬季空气调节室外计算 (干球) 温度为-12℃, 通风室外计算 (干球) 温度-9℃, 最低日平均温度-15.9℃, 室外计算相对湿度最冷月平均45%, 室外平均风速2.8m/s, 大气压力102.04 k Pa。

3 空调设计方案

3.1 冷热源选择

该办公楼冬季和夏季设计计算冷热负荷见表1。

/k W

根据设计计算, 冷热负荷共设3台冷水机组 (U1~U3) , 由于项目冷热需求的不平衡性, 冬季制热工况负荷选定2台土壤源热泵机组 (U1、U2) , 设计工况下单台机组制热量为804 k W, 供冷量为835 k W。土壤地源热泵夏季供冷不足部分可另设1台螺杆式冷水机组 (U3) , 并采用冷却塔散热, 其供冷量为835 k W。冷水机组参数见表2。

3.2 中央空调机房设计

热泵机组、配套设备放在地下室, 一般机房不会放在第1层。机房集和分水器各1台, 地埋各系统集、分水器2台, 机房集和分水器主管与机房管道连接, 支管和地埋系统集、分水器主管连接, 地埋系统集和分水器支管与地埋管系统支管连接。

3.3 中央空调冷冻水的定压和补水

供热空调系统定压补水方式有膨胀水箱定压补水、补水泵定压补水、气体定压罐结合补水泵定压补水等。其中膨胀水箱定压补水是最经济的方式, 其在民用建筑中大量使用, 但是膨胀水箱必须设在系统的最高点, 安装困难, 管理不方便, 使膨胀水箱的应用受到了限制。利用补水泵连续补水定压的系统, 其定压装置是由补水箱、补水泵及调节器组成, 在系统正常运行时, 通过压力调节器作用, 使补水泵连续补给的水量与系统泄漏量相适应, 从而维持系统动水压曲线的位置, 但这种定压方式, 需要连续运行且耗电大。利用压力罐结合补水泵的定压补水装置在中央空调中被大量使用, 它主要由补水泵、隔膜式气压水罐、安全阀、电接点压力表和电磁阀组成, 其工作原理为:当系统准备运行时, 开启补水泵, 水被送至管网的同时也被送至压力罐的水室, 水室扩大并将罐内的气体压缩, 罐内的压力随之升高, 当压力升高至最高工作压力时 (系统最高点和定压点之间的高差加上3~5 m H2O) , 水泵停转且系统已充满水, 利用压力罐内的压力来维持管网的压力, 当系统在运行过程中, 由于系统漏水及水温改变导致系统水体积减少时, 气压罐内的水室缩小, 罐内气体会膨胀且压力降低, 当压力降至系统最低工作压力时 (系统最高点和定压点之间的高差加上1 m H2O) , 水泵开启由系统进行补水。装置中的压力表与电磁阀均是安全保护装置, 当系统超压时, 可通过压力表与电磁阀将多余的水排出系统。

3.3.1 补水泵的选择

当系统内的水为热水或冷热两用时, 可采用软化水, 当软化水压力不能直接进入水箱时, 要另设水泵补水, 补水泵的自动补水量可按系统循环水量的1%考虑, 事故补水按系统循环水量的3%考虑, 直接补入循环水泵的入口处, 补水泵的扬程应按补水点与系统最高点的高差加上3~5m H2O的富裕量考虑。

3.3.2 压力罐的选择

气压罐的最高工作压力要大于补水泵的扬程。罐体的容积要按罐体内的水容积选择, 罐体内的水容积应按膨胀水箱的容积选择, 即罐内的水容积应能够容纳水系统的膨胀量。

式中V—膨胀罐体内的水容积, L;

P2—系统在高温时水的密度, kg/m3。热水时为热水供水的温度;冷水时为系统运行前水的最高温度, 可取35℃;

P1—系统在低温时水的密度, kg/m3。热水时可取20℃;冷水时为冷水供水温度, 可取35℃;

VC—系统内单位水容积, L/k W之和。与供回水温差, 水通路的长短等有关;

Q—系统的总能量或总热量, k W。

3.3空调水系统与末端装置

中央空调系统可以分为中央空调水系统、氟系统和风系统。水系统中央空调以水为冷媒, 它比传统氟系统空调更舒适。水系统中央空调多用在大型建筑或大户型住宅和别墅, 多为美系品牌, 以高端住宅为主。

4 地埋管换热器系统设计

地下埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分, 其选择的形式是不是合理, 设计的是否准确, 必然关系到整个地源热泵系统能否达到要求和正常使用, 土壤的初始温度、类型、传热特性以及密度和湿度等参数是影响埋管换热器设计的重要参数, 因此做好施工场地的地层勘察和土壤热物性测试很重要。同时, 建筑物全年累计的冷热负荷通常是不均衡的。所以在埋管换热器的设计中, 必须确定的是依据冬季热负荷还是夏季的冷负荷来计算换热器长度。另外, 建筑物的冷热负荷都是随着环境温度的变化而变化的, 所以运用动态负荷计算软件来分析建筑物的全年遂时负荷非常重要。

当地地质资料表明, 工程场区松散沉积层岩性主要为黏性土、砂土 (细沙、粉砂) 和粉土, 且分布层位较稳定且可钻性较好。在工程场区130 m深度范围内, 储存多层地下水, 存在较强的地下水渗流作用, 有利于地埋管换热器的传热, 并可减弱地埋管换热器吸放热不平衡现象。本工程130 m地层导热系数和建议取值如表3所示。

地源热泵系统的最大释热量与建筑设计冷负荷应相对应。它包括:各空调分区内地源热泵机组释放到循环水中的热量 (空调负荷和机组压缩机耗功) 循环水在输送过程中得到的热量、水泵释放到循环水中的热量。将上述3项热量相加就可得到供冷工况下释放到循环水中的总热量。

最大释热量=Σ[空调分区冷负荷× (1+1/EER]+Σ输送过程得热量+Σ水泵释热量

地源热泵系统的最大吸热量与建筑设计热负荷相对应。它包括:各空调分区内地源热泵机组从循环水中的吸热量 (空调热负荷, 并扣除机组压缩机耗功) 循环水在输送过程中失去的热量并扣除水泵释放到循环水中的热量。将上述前两项热量相加并扣除第3项就可得到供热工况下循环水的总吸热量。

根据公式 (1) 和 (2) 可以得出最大释热量为2 239 k W, 最大吸热量为1 233 k W。

式中, Q为最大释热量或最大吸热量;q为夏季或冬季单井换热能力;H为单井井深。本工程以夏季最大释热量为计算基准, 故室外地源井共300口, 井深为130 m, 采用双U型管, 管道规格为D32×3.0PE, 竖井管道承压1.6MPa, 地面下水平管道 (二级分集水器水平连接管) 承压1.0MPa, 井间距为4.5 m×4.5m。

4.1 换热井数的确定

其中, Q为最大释热量或最大吸热量, q为夏季或冬季单井换热能力, H为单井井深。本工程以夏季最大释热量为计算基准, 故室外地源井共需300口, 井深130 m, 采用双U管, 管道规格为D32×3.0PE, 竖井管道承压1.6MPa, 地面下水平管道 (二级分集水器水平连接管) 承压1.0MPa, 井间距为4.5 m×4.5 m。

4.2 地埋管管径的选择

选择地埋管管径时必须满足:一是管道要大到足够保持泵最小输送功率, 才能减少运行费用;二是管道要小到足够使管道内保持紊流以保证循环液体和管内壁之间的传热;三是系统环路的长度不能过长。地埋管的管径选择要考虑到按U型管的长度和成盘供应, 以减少埋管接头的数量, 所需管件能低价供应, 降低工程成本。

4.3 地埋管管材的选择

5地埋管的管径在20~50 mm时, 以GB/T13663-2000《给水用聚乙烯 (PE) 管材》PE80-SDR11-32为最佳。在换热器的换热量小的工程中, 尽量选用薄壁管, 以提高换热效果。孔深100 m以内可用壁厚为2.3 mm的聚乙烯管;孔深300 m以内可用壁厚为3.0 mm的聚乙烯管。影响地埋管长度的因素有换热器的换热量、管的材质、土壤的结构、埋管的形式以及连接方法等。

4.4 地埋管换热器的连接

在工程中, 地埋循环管多数为并联连接到大直径的集管上的, 连接时都采用同程回流式系统。在此系统中, 流体有足够的流量流过各并联支埋管并且流程相同, 因此, 各埋管支路的流动阻力、流体流量和换热量比较均匀。在本工程中, 可用多个分支同程回流系统, 再并联成总同程回流系统, 每个分支系统均有管道平衡井。

5 系统冷热源方案的选择与分析

该办公楼办公时间为8∶00~18∶00, 在末端装置确定的情况下, 各对比方案之间的经济性差异主要是系统冷热源不同引起的, 冷热源一般是集中设置。根据中国能源现状, 确定冷热源方案, 并与土壤源热泵系统进行分析比较。方案1:水冷冷水机组+市政供热;方案2:风冷螺杆式热泵机组;方案3:地源热泵。本文就以上3种方案的技术特点、经济性、环保性进行了分析比较, 用以最后确定适合本项目的空调方案。

5.1 初投资比较

各方案初投资见表4。从表4可知, 方案3地源热泵系统的初投资最大, 其次是方案2, 方案1的初投资最小。造成土壤源热泵系统初投资高于其他系统的主要原因是钻孔费占系统比例较大, 约为系统初投资的30%。由此可见, 要降低方案3初投资主要是要降低系统钻孔费用的大小。

5.2 年运行费用比较

经比较, 方案1的年运行费用最高, 其次为方案2, 方案3的年运行费用最低。图2为各种方案初投资及运行费用比较图。

5.3 投资回收年限的计算

根据动态回收期公式:

式中, P't为动态投资回收期;CI为地源热泵系统比普通中央空调系统节省的电费;CO为地源热泵系统比普通中央空调系统费增加的投资;ic为基准收益率, 取一年期利率4.14%。从公式3和图2中可以得出, 方案3同方案1和2比较, 采用地源热泵系统的投资回收期为4.7或8.5年。

6 结语

综上所述, 土壤源热泵系统虽然由于室外部分比较复杂, 初次投资高于普通空调系统, 但普通空调的运行费用远高于土壤源热泵系统, 一般4~9年时间就可以将增加的初次投资收回。普通空调寿命一般在14年左右, 而土壤源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料, 埋地寿命大于50年。因此, 从使用寿命和运行费用来考虑土壤源热泵系统的经济性是高于普通空调系统的, 鉴于机组长期运行费用的节省和国家对节能环保工程的政策优惠, 采用土壤源热泵系统比较经济。

热泵技术推广应用 第11篇

地热采暖；水源热泵；成本

【基金课题】本文为陕西广播电视大学2009年重点科研项目“采用水源热泵系统在地热采暖工程中的应用研究”（08091023）的阶段性成果

1. 引言

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置，顾名思义，热泵也就是像泵一样，可以把不能直接利用的低位热能(如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、生产废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节省部分高位能(如煤、燃气、油、电能等)的目的。热泵包括了使用土壤、地下水和地表水作为低位热源（或热汇）的热泵空调系统，即以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水热泵系统；以地表水为热源和热汇的热泵系统称之为地表水热泵系统。1997年以后由ASHRAE统一为标准术语——地源热泵[1]。

地下水源热泵诞生于20世纪30年代。凯姆勒(kemler)和奥格勒斯贝(Oglesby)在他们所著《热泵应用》一书中提到，到1940年美国已安装了15台大型商业用热泵，其中大部分是以井水为热源。

我国热泵的研究开始于20世纪50年代，天津大学热能研究所开展了我国热泵的最早研究。1956年吕灿仁教授的《热泵及其在我国应用的前途》一文是我国热泵研究现存的最早文献。1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水源热泵空调机组。进入21世纪后由于我国快速城市化，促进了热泵在我国的应用越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。2000~2003年间，热泵的应用研究空前活跃，硕果累累，全国各省市几乎均有应用热泵技术的工程实例。陕西某大学新校区位于西安市长安区郭杜镇，总建筑面积为11万m2。采暖面积约为8.53万m2，总热负荷为5100KW；总制冷面积为2万m2，总冷负荷为3600KW。利用校园内现有的一口地热井、两口冷水井作为热、冷源，结合热泵技术来满足新校园区采暖、制冷需求。

2.供暖与制冷

2.1设计参数

西安市属于寒冷地区，位于北纬34.18€埃?08.56€埃０胃叨?96.9m，夏季空气调节室外计算干球温度：35.2℃，冬季空气调节室外计算干球温度：-8℃，夏季空气调节室外计算湿球温度：26.0℃，全年室外干球温度基本保持在-9℃~38℃之间。高温天气出现在夏季的6、7、8月份，最高气温达到37.9℃。低温天气出现在冬季的1、2、12月份，最低气温达到-9℃。全年绝大部分时间的温度分布集中在0℃~30℃之间，极端高温和极端低温的天气持续时间比较短暂。室外计算相对湿度为冬季67%，夏季室外平均风速为2.2 m/s，冬季室外平均风速为1.8m/s。根据西安地区设计用室外气象参数，最低设计室外温度-5℃，以及国家有关暖通、空调的相关规范[2]，结合该校提供的相关资料，按住宅室内温度达18℃€?℃进行设计。该校现有2018m地热井一眼，出水温度70℃，出水量80m3/h；200m冷水井两眼，出水量为80m3/h。

2.2供暖与制冷原理

地下水源热泵地下水总水量的确定是基于建筑物空调冷负荷与热负荷的。热泵地下埋管最大释热量与最大吸热量的确定也是基于建筑物空调冷负荷与热负荷的。由此可见，建筑物空调冷负荷

水源热泵系统冬季供暖原理图如下图1所示：

水源热泵系统夏季制冷原理图如下图2所示：

与热负荷是地源热泵空调系统设计中重要的基础资料，其冷负荷与热负荷指标见表1和表2所示[3]。其指标值是指单位面积指标，当只知道建筑总面积时，其采暖(制冷)指标可参考其数值进行方案设计估算。

水源热泵系统的主要组成包括中高温水源热泵机组、常温水源热泵机组、冷却塔、板式交换器、水泵等组成部分。根据上述原理图应用热泵技术，既可供暖又可制冷一机多用，将采暖和制冷分期实施，并对地热井进行综合梯级利用。

通过一台流量80m3/h和扬程50m的水泵或者两台出水流量各为50m3/h和扬程50m的水泵，将储水池中46℃的地热水通过分水器采用地覆盘管供应学生公寓、教学楼供暖面积3.5万m2。冬季采暖室外设定温度为-5℃，住宅楼和教学楼室内采暖温度设定为16~20℃。采暖供水回水温度：一次水70℃/60℃，流量60m3/h;二次水60℃/46℃，流量40~50m3/h。地覆采暖供水温度46℃，回水温度32℃，供水流量一般采暖期80m3/h。

2.3水源热泵的经济性分析

水源热泵供暖系统运行费用包括耗电费用、用水费用以及其它费用。其年运行费用统计结果见表3所示。

表3 水源热泵年运行费用 （注：采暖期按120天计算）

采暖期各项费用合计1597456元。学生公寓、教学楼等采暖建筑面积约为7.7万m2，住宅小区建筑面积3.4万m2，合计供暖建筑面积约为11万m2，按此面积均摊后供暖成本为每m2每月3.6元。

方案二为传统的区域集中供热方式。本工程的区域集中供热投资可以按照0.20元/W来计算，总热负荷为5100KW，因此，该工程采用区域集中供热的初投资为102万元。方案二的年运行费用可以直接按照面积指标来进行计算，采暖面积指标按照25元/m2来计算[4]，该工程实例的总供热面积为8.53万m2，因此，通过计算可得冬季采暖期的运行费用为213.25万元。方案三热源为天然气锅炉供暖两台。一个采暖期运行成本为 23元/ m2 (人工、折旧、维修等其它费用不计)，则采用天然气锅炉采暖年运行费用为255.3万元。

该校热力中心采暖和制冷设备一次性投资约500万元。经过对三种供暖方案的运行费用的成本分析：运用热泵技术一次性投资费用高，但运行成本低，六年内就能收回投资，而且低噪音、无污染，既节能又环保。

3.结语

从水源热泵的整个运行原理来看，水源热泵系统实际是真正意义上的绿色环保空调，不管是冬季还是夏季的运行，都不会对建筑外大气环境造成不良影响。而且系统既能冬季采暖，还能提供生活热水。

从以上分析可以看出利用地下水源热泵空调系统方案，与传统方案相比，都具有明显的经济优势。一般来说，水源热泵系统的运行费比其他方案的运行费节约30%~40%。比较发现水源热泵系统尽管初投资较常规的供暖系统高，但其年运行费用要低于常规供暖系统，采用该系统后，由于其耗电量较低，则系统的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放量将大为减少，减少了城市污染，具有巨大的社会环境效益和经济效益。

参考文献

[1]ASHRAE. 徐伟等译.地源热泵工程技术指南[M]北京：中国建筑工业出版社.2001

[2]中华人民共和国建设部. 地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）[S]北京：中国建筑工业出版社.2005

[3]包晗. 地下水源热泵系统经济性分析与工程应用研究. 大连理工大学硕士论文. 2007

矿井回风源热泵节能技术应用 第12篇

矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保障,对于井工开采的煤矿,一般采用抽出式通风方式,利用主扇通过回风井回风。矿井总回风的温度、湿度一年四季基本保持恒定,据不完全调查统计,矿井回风常年温度在15℃~28℃左右,湿度在80%左右,对热害严重的矿井甚至更高,风量多在100 m3/s~200 m3/s,其中蕴藏大量的低温热能,目前这部分热能没有被利用,随着矿井通风排放到大气中去。

1 原理介绍

矿井回风源热泵技术是结合矿井回风换热与水源热泵技术而产生的新型矿井回风热能利用技术,无污染、运行效率高,是一项绿色环保、高效节能的实用新技术。矿井回风源热泵系统主要由矿井回风热交换器、水源热泵机组及供暖(空调)末端设备三部分组成。回风换热器的功能是通过空气与喷淋水气水直接接触热交换的方式,提取矿井回风中蕴含的大量低温热能,作为水源热泵机组的低温热源。水源热泵机组的功能是通过压缩机实现工质的液态-汽态循环转化,将低温热源提升为高温热源。末端设备即供热(制冷)设备,为风机盘管或井筒防冻散热器等。矿井回风源热泵原理如图1所示。

制冷时:阀门A开,阀门B关;制热时:阀门B开,阀门A关。

矿井回风源热泵占地面积少、运行成本低、一机多用,夏季可供冷(同时可供热水),冬季供热等优点,在实际运行中具有一定的优势。

2 技术对比

目前,中国应用的回风源热泵装置应用主要有三种:山东新汶矿业集团公司开发的矿井乏风热能利用装置[1];南京好捷煤电设计咨询有限公司开发的矿井回风热回收利用装置[2];文献[3]中提出的新建空气喷淋室。

a)矿井乏风热能利用装置充分利用了矿井原有的排风扩散塔竖井,在竖井上方设喷水排管,喷出的水自上而下落入竖井底部的集水池,矿井排风则自下而上与喷水进行逆流换热。这种方式在实际运行中,扩散塔内的风速都在25 m/s以上。在这种空气高速流动的扩散塔内设喷水装置,喷出的水将全部被吹出扩散塔,因此,必须采用大水流浇灌的方式。然而,由于扩散塔的高度有限,大水流浇灌的换热方式只能在较短的换热时间和较小的换热空间内进行。由于气水之间的换热面积有限,换热过程很不充分,因此,从矿井排风中获取的热量也非常有限,大部分热量仍随矿井排风排出扩散塔;

b)乏风热回收装置矿井回风热回收利用装置的工作原理是在矿井排风的风道内安装换热设备,通过空气对流的方式从矿井排风中提取热能。由于矿井排风的温度普遍较低,一般都在15℃~20℃左右,换热设备与矿井排风之间的温差很小,因此,若要获取一定量的热能就需要足够大的换热面积。另外,由于矿井排风的相对湿度大,并含有一定量的粉尘和腐蚀性气体,因此,要求换热设备应便于清扫且具备一定的抗腐性能,以上因素将导致工程造价相对较高;

c)矿井回风热回收装置矿井排风余热全回收装置的核心部分是空气喷淋室,矿井回风在空气喷淋室内形成非常有利于气水换热的横向低速气流(风速2.5m/s~3 m/s)。蒸发器提供的冷冻水在这种横向低速气流内经过两级或两级以上的高密度水幕对矿井排风进行逆向雾化喷淋,以较大的换热温差、较长的换热时间和较大的换热面积完成气水之间的热交换,从而较充分地回收矿井排风中的余热资源。

综上三种方式进行对比可知,第三种方式相对热回收比较充分,但是由于乏风中含有一定量的粉尘和腐蚀性气体,因此仍然存在防腐的问题。工程中通常利用沉淀池来解决粉尘问题,利用定期更换循环水的方式来解决水中的SO42-和Cl-。

3 实际工程应用

某煤矿矿井回风源热泵工程建成投入运行,本工程才用新建喷淋式热回收系统。矿井总回风量116m3/s,全年回风温度15℃~26℃,湿度60%~80%,安装6台HE640型低噪低温涡旋水源热泵机组,提供36500 m2中央空调冷、热源和每班300人洗浴热水。该项目已经连续运行了2个采暖季和1个制冷季,冬季供暖室内温度18℃~20℃;夏季空调室内温度24℃~28℃;卫生热水蓄水箱水温≥42℃,达到设计要求标准。经过实际运行对比,每年比传统燃煤锅炉加中央空调节约运行费用180104余元,同时减少煤炭消耗2900 t余,减少CO2排放7 600 t余,减少SO2排放58 t余,环境效益显著。

4 结语

对于大量余热资源的煤矿企业来说,应用热泵技术开发利用低品位能源,可以有效的降低运行成本,改善矿区环境,而且还可以利用矿井回风源(水)热泵和地源热泵相结合共同供暖、供冷和供热水,经济效益和社会效益显著。

摘要：介绍了国内三种主要的回风源热泵装置,并对他们进行了技术对比,发现第三种方式相对热回收比较充分。实际应用结果表明,应用热泵技术开发利用低品位能源,经济效益和社会效益显著。

关键词：矿井,回风,热泵,节能

参考文献

[1]尹延青.矿井用喷雾装置:中国,200520016181.3[P].2006-06-07.

[2]朱晓彦.矿井回风热回收利用的方法及装置:中国,200610041512.8[P].2007-02-21.