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一、空調系統介紹

(1)傳統的中央空調有空氣源熱泵(風冷機組)+輔助電加熱和水冷冷水機組+鍋爐兩種形式??諝庠礋岜茫L冷機組)和水冷冷水機組在制冷時都是把房間的熱量向室外空氣排放,受室外氣溫因素影響太大,其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低,尤其在高溫高濕地區,機組制冷性能極不穩定,效率低下。在制熱時,空氣源熱泵當室外溫度降到零度以下時需加輔助電加熱裝置,否則機組不能正常工作,耗電量大,效率很低,而水冷冷水機組+鍋爐這種空調形式,在供熱時需用電鍋爐或燃煤、燃油鍋爐,污染嚴重,運行費用昂貴。

 

(2)地下水源空調系統是從水井中抽取的地下水。這種空調在應用上受到許多限制,需要有豐富和穩定的地下水資源作為先決條件。雖然在理論上抽取的地下水能夠回灌到地下水層,但是目前國內地下水回灌技術還不成熟,很容易造成地下水資源的流失。目前由于對使用地下水的規定和立法越來越嚴格,這種空調系統的應用已逐漸減少。

 

(3)土壤熱交換器地源空調系統。地源熱泵是一種利用地下土壤中的地熱資源,既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。這種空調系統是把熱交換器埋于地下,通過水在由高強度塑料管組成的封閉環路中循環流動,從而實現與大地土壤進行冷熱交換的目的。夏季通過機組將房間內的熱量轉移到地下,對房間進行降溫。同時儲存熱量,以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉移到房間,對房間進行供暖,同時儲存冷量,以備夏用,大地土壤提供了一個很好的免費能量存貯源泉,這樣就實現了能量的季節轉換。通常機組消耗1kW的電量,用戶可以得到4kW-5KW左右的熱量或冷量。與鍋爐供熱系統相比,地源空調系統要比電鍋爐節省三分之二以上的電能,比燃煤、燃油鍋爐節省約二分之一的能量;由于地下土壤的溫度全年較為穩定,一般為15~20℃,在夏季遠遠低于室外空氣溫度,在冬季遠遠高于室外空氣溫度,機組運行工況穩定,無論在制冷還是制熱都一直處于高效率運轉狀態,制冷、制熱的性能與傳統的空氣源熱泵相比,要高出40%左右,因此其運行費用為普通中央空調的系統的40~50%。因此,近十幾年來,地源熱泵空調系統在北美北歐等國家取得了很快的發展,中國的地源熱泵市場在最近五年來也非?;钴S,可以預計,該項技術將會成為21世紀最有效的高效、環保、節能的供熱和供冷空調技術。

 

二、地源空調發展概況

  地源熱泵的概念最早出現在1912年瑞士的一份專利文現中。20世紀50年代,歐洲和美國開始了研究地源熱泵的第一次高潮。但在當時能源價格低,這種系統并不經濟,因而未得到推廣。直到上世紀70年代,石油危機和日益惡化的環境把人們的注意力集中到節能、高效益用能和環境保護上時,使地源熱泵的研究進入了又一次高潮,最近20年在歐美等工業發達國家取得了迅速的發展,已成為一項成熟的應用技術。在美國地源熱泵空調系統占整個空調系統的40%,是美國政府極力推廣的節能、環保技術。為了表示支持這種技術,美國總統布什在他的得克薩斯州的別墅中也安裝了這種地源熱泵空調系統(見2001年5月28日參考消息)。到目前為止美國已安裝了600,000臺,而且計劃每年安裝40萬臺的目標,能降低溫室氣體排放一百萬噸,相當于減少50萬輛汽車的污染排放或種植樹一百萬英畝,年節約能源費用4、2億美元。瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用地源熱泵,用于供暖及提供生活熱水。據1999年的統計,為家用的供熱裝置中,地源熱泵所占比例:瑞士為96%,奧地利為38%,丹麥為27%。

在我國由于能源價格的特殊性以及人們節能、環保的認識程度等原因以及其它一些因素的影響,地源熱泵空調技術應用和發展比較緩慢,人們對之尚不十分了解,推廣較困難,然而隨著人們生活水平的提高,人均能耗的增長,一次性礦物能源的日益衰竭以及環境的日趨惡化,地源熱泵技術已越來越引起人們的重視。在目前節能和環保的潮流下,該技術以其特有的節能性和穩定性受到行業的矚目,國內許多院校、科研所作了大量的應用研究。國家建設部在《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》中專門作了推薦。據統計,僅在北京2004年施工并投入運行的地源熱泵系統的空調工程占全年空調工程總量的2/3以上??梢灶A見,隨著經濟的發展,人們節能、環保意識的日益提高,地源熱泵作為一種節能、環保的綠色空調設備適應能源可持續發展戰略要求,在中國必將有廣闊的應用和發展前景。

 

三、地源空調系統的特點:

地源熱泵與常規空調技術相比有著無可比擬的優勢。

(1)利用可再生能源:屬可再生能源利用技術

地源熱泵從常溫土壤中吸熱或向其排熱,土壤中的能量它永無枯竭,是一種可再生的清潔能源,可持續使用。

(2)高效節能,運行費用低:屬經濟有效的節能技術

地下土壤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,是很好的空調冷熱源,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。在制熱制冷時,地源熱泵可將土壤中的能量“搬運”到室內,其能量70%來自土壤,輸入1KW的電量可以得到5KW以上的制冷制熱量。運行費用每年每平方米僅為15——18元,比常規中央空調系統低40%左右。

(3)節水省地:1)以土壤為冷熱源,向其放出熱量或吸收熱量,不消耗水資源,不會對其造成污染。2)省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設施,機房面積大大小于常規空調系統,節省建筑空間,也有利于建筑的美觀3)埋管可埋在車庫、停車場、花園、操場等下面,不占用使用面積

(4)環境效益顯著

該裝置的運行沒有任何污染,可以建造在居民區內,在供熱時,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,不會產生城市熱島效應,對環境非常友好,是理想的綠色環保產品。

(5)運行安全穩定,可靠性高:地源熱泵系統在運行中無燃燒設備,因此不可能產生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣,也不存在丙烷氣體,因而也不會有發生爆炸的危險,使用安全。燃油、燃氣鍋爐供暖,其燃燒產物對居住環境污染極重,影響人們的生命健康。由于土壤深處溫度非常恒定,主機吸熱或放熱不受外界氣候影響,運行工況非常穩定,優于其它空調設備。不存在空氣源熱泵供熱不足,甚至不能制熱的問題。土壤源熱泵地下換熱管路采用高密度聚乙烯塑料管,使用壽命長達50年以上,可與建筑物壽命相當.空調機組結構簡單,運轉部件少,使用壽命可達到20年以上。整個系統的維護費用也較鍋爐-制冷機系統大大減少,保證了系統的高效性和經濟性。維修量極少,折舊費和維修費也都大大地低于傳統空調。

(6)舒適程度高

(7)一機兩用,應用范圍廣

地源熱泵系統可供暖、制冷,一套系統可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統。

可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑,更適合于住宅的采暖、供冷。

(8)自動運行

地源熱泵機組由于工況穩定,所以可以設計簡單系統,部件較少,機組運行簡單可靠,維護費用低;自動控制程度高,可無人值守;此外,機組使用壽命長,均在20年以上。

 

四、地源空調系統的社會效益

   在我國的一些發達城市,夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的40-50%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用,給大氣環境造成了極大的污染,對人們的健康形成了威脅。因此,建筑物污染控制和節能已是國民經濟發展的一個重大問題。傳統的采暖空調模式因其產生的環境污染正面臨著嚴峻的挑戰。

對于夏季制冷的建筑來說,隨著空氣熱泵空調的普及,空調的實際使用效果正在逐年下降,這是因為空調裝機容量的增加,空調局部熱島效應交叉干擾的結果。天氣越炎熱,室外的溫度越高, 空調負荷也越大,而此時空調機向室外散熱時,傳熱溫差越小,空調機的運轉效率就越低,設備也越費電。也就是說,除了燃煤供暖給環境造成污染之外,空調機同樣會造成大氣污染。

傳統的供暖空調方式是由兩套系統分別解決冬季供暖和夏季制冷系統投資大,運行費用高,而且占地面積大。

另一方面,我國大部分地區冬冷夏熱,夏天大量地使用風冷空調,造成某些大城市供電緊張,形成電荒,為了確保不會造成斷電等問題出現,有些城市夏天限制用電量。另外,因為部分地區沒有暖氣供應,冬天使用電爐取暖,造成電力供應緊張。因此,冬天供暖價格的上調使供暖的運行費用有所提高,再加上供暖造成的污染嚴重,讓我們不得不思考采用一些節能環保的產品。

地源熱泵機組制冷、供暖所需能量3/4左右來自地下,另外1/4左右來自電力輸入,從而減少一次性的礦物能源消耗;不向室外排冷、熱風,減少城市熱島效應。對環境非常友好。

地源熱泵空調是一種使用可再生能源的高效節能、環保型的工程系統。冬季向建筑物供熱,夏季又可供冷??蓮V泛應用于各類建筑中,如商業樓宇、公共建筑、住宅公寓、學校、醫院等。隨著21現在,我國對建筑節能的要求越來越高。減少我國冬季采暖和夏季供冷所造成的大氣污染,降低供暖空調系統的能耗、節約能源是每個公民應盡的義務。特別是近幾年來,大中城市為改善大氣環境,大力推廣使用包括可再生能源的清潔能源。隨著人們生活水平的提高,建筑物不僅要滿足冬季采暖的要求,而且需要夏季空調降溫,地源熱泵技術提供了這一問題的有效解決方案。

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