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[原理] 地源热泵系统技术原理

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发表于 2016-5-2 00:15:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
地源热泵技术利用浅层地热资源为建筑物制冷、供暖以及加热生活热水,是环保、节能并具可再生特征的能源利用技术。地源热泵系统技术原理,包括地源热泵的定义、空调原理和热水原理、节能原理和节能效率、地源热泵系统的形式组成、地下换热系统的形式组成以及地源热泵系统的设计。

什么是地源热泵

地源热泵技术利用浅层地热资源(地下岩土、地下水、地表水)为建筑物制冷、供暖以及加热生活热水,地源热泵系统的运行模式分为夏季制冷空调模式、冬季制热供暖模式以及全年热水模式。
地源热泵供能时,大部分能量取自地下,经地源热泵机组消耗少量的电能提升、转化后供给建筑物。地热资源巨大、广阔,并且在阳光、雨水、地下水渗流等自然因素综合作用下,地下温度常年保持恒定,地热资源利用高效、稳定,因而地源热泵是环保、节能并具可再生特征的能源利用技术。

地源热泵空调原理

夏季空调制冷,空调末端系统从室内取热,取出的热量经地源热泵机组消耗少量的电能提升后,由地下换热系统排至地下岩土、地下水或地表水中。
冬季空调供暖,地下换热系统从地下岩土、地下水或地表水中取热,经地源热泵机组消耗少量的电能提升后,由空调末端系统送入建筑物内部供暖。
使用地源热泵空调系统,要考虑夏季制冷的累积排热与冬季供暖的累积取热之间的全年热平衡,避免地下温升或温降过大,保证系统全寿命周期内的稳定运行,并不致对地下影响过大。

地源热泵热水原理

地源热泵用于热水时,全年由地下换热系统自地下岩土、地下水或地表水中取热,经地源热泵机组消耗少量的电能提升后,用于加热生活热水。
中国南方地区使用地源热泵空调时,夏季制冷的排热累积高于冬季供暖的取热累积,加入全年取热的生活热水系统,会更有利于地下换热的全年热平衡,有效提高地热资源的利用效率。

地源热泵节能原理

锅炉通过燃烧将燃料内能转化为热能,燃烧效率按90%计,当室内需要10kW热量时,需要燃烧10/90%=10.5kW的燃料。
风冷热泵供热时,消耗部分电能从自室外空气取热,受室外空气环境影响,冬季供热效率COP值按2.5计。当室内需要10kW热量时,风冷热泵耗电10*1/2.5=4kW。
地源热泵供热时,消耗部分电能从自地下取热,地下温度常年稳定,冬季效率COP值按4计。当室内需要10kW热量时,地源热泵耗电10*1/4=2.5kW。

地源热泵节能效率

地源热泵每消耗1kW的电功率,可搬运3kW以上的浅层地能,供给用户4kW以上的热量。地源热泵冬季供暖耗电是电锅炉的1/4,夏季制冷耗电是分体空调的1/2。与燃煤锅炉或电锅炉供热相比,每应用地源热泵系统供暖1000万平米,每供暖季可节省燃煤62万吨。
热电厂的能源转化效率约为40%,经过输送线路损耗和电气损耗,真正使用时的能源转化效率只用30%。应用地源热泵系统时,75%的能量来自浅层地能,只使用25%电能经受损耗,使电厂燃料的能源转化效率达到120%。

地源热泵系统形式

地源热泵按对地下浅层地热的利用方式,分为利用地下岩土的土壤源热泵、利用地下水或地表水的水源热泵,地表水又分为分为江水源、河水源、湖水源、海水源等多种形式,以及由此衍生的利用市政废水的污水源热泵等形式。

地源热泵系统组成

地源热泵系统由地源热泵机房系统、地下换热系统以及建筑物内的末端系统组成。
地源热泵机房系统包括地源热泵机组、地源侧以及用户侧冷热水循环泵、补水定压、水处理等附属设备、管路、阀门仪表配件等。
建筑物内的末端系统依服务对象不同,分为空调末端系统、采暖末端系统以及热水供应系统。

地下换热器系统形式

地下换热器系统依换热对象不同,分为地埋管换热系统、地下水换热系统、地表水换热系统。
地埋管换热系统与地下岩土换热,按换热管布置形式不同,分为水平管沟内的水平埋管换热系统和竖直钻孔内的竖直埋管换热系统。竖直埋管系统又根据工程地质和用地状况的不同,分别采用单U埋管、双U埋管、桩基埋管等形式。
地下水换热系统抽取、回灌地下水,按机组与地下水之间是否设置中间换热器,分为直接换热系统和间接换热系统。
地表水换热系统与江、河、湖、海等地表水换热,分为地表水直接流经机组或中间换热器的开式系统,以及抛置换热盘管与地表水源换热的闭式系统。

地下换热器系统组成

地下换热器系统依换热对象不同,分为地埋管换热系统、地下水换热系统、地表水换热系统。
地埋管换热系统由地埋管换热器、管路、阀门仪表配件等组成。
地下水换热系统由取水井、回灌井以及管路、阀门仪表配件等组成。
地表水换热系统由取水装置、管路、阀门仪表配件等组成。

地源热泵系统设计

地源热泵系统由地源热泵机房系统、地下埋管换热器系统以及建筑物内部末端系统组成,末端系统又分为空调末端、采暖末端以及热水末端。更多地源热泵资料地源热泵设计暖通空调设计

地源热泵原理

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