做和资源可持续发展热泵应用研究

资源可持续发展热泵应用研究

前言

近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境终究构成了本版标准草案，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。适应这一要求，作为空调冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术，正受到人们的日益重视和关注。

在热泵技术应用研究中，关键要解决如下问题：合适的低温热源、适宜的制冷工质、合理驱动方式。热泵技术的应用和推广，不仅要适应能源的结构调整和环境保护的需要，也要在初投资和运行成本上，具有和常规空调冷热源相竞争的优势。1 热泵热源

热泵的热源主要有空气源、水源和土壤源等形式。其中空气源热泵已在空调领域得到了较广泛的应用，但由于其性能受室外气象条件的影响较大，制冷量和制热量难以和建筑物的冷热负荷相适应，以及冬季室外换热器等结霜问题，使其应用的领域和范围受到很大程度上的限制。

水源热泵分为地表水源和地下水源两种形式。地表水源主要包括江、河、湖、海等水资源。近几年，城市污水资源作为一种优良的热泵低温资源，其良好的经济效益和环境效益正受到人们的重视。

地下水源热泵和土壤源热泵都是利用丰富的地热资源，可统称为地源热泵。作为一项旨在解决空调冷热源问题的新技术，地源热泵以其高效、节能、舒适，而且安装施工简单、运行维护方便等优点，近年来越来越受到人们的重视。就世界范围而言，虽然早在1912年，瑞士elly就提出了利用土壤源作为热泵系统低温热源的概念，但只是到20世纪80年代才开始了地源热泵的应用和推广研究。到目前为止地源热泵并未如空气源热泵一样得到广泛的推广和应用，其原因除相对过高的安装费用外，更重要的是缺乏可靠的地源热泵设计方法和实际的运行经验。

我国只是在最近几年才开始进行以土壤为热源的地源热泵的研究，到目前为止，尚未有成熟的地源热泵模拟方法，更缺少运行的实际经验总结。因此，在热泵热源领域，本文将重点介绍和分析国外应用地源热泵的有关问题，以期能对我国的地源热泵的理论和应用研究有所借鉴。1.1 地源热泵系统形式

地下水源热泵指利用水泵直接抽取地下水与制冷剂进行热交换，并在合适地点回灌或排放，即通常所说的开路系统。开路系统存在的主要问题是回灌技术要求较高，回灌设施投资和运行费用较高，机组性能受地下水文地质条件的变化影响较大，地热水对管路系统和设备的腐蚀问题以及地热井的开采和地热水的抽取可能引发的环境地质问题等。

闭路系统是利用地下埋管与土壤或用井下换热器与地热水进行热交换，土壤源热泵即属于闭路系统。闭路系统一般采用间接膨胀式，即制冷剂与大地之间通过中介流体进行热交换，地下盘管自成封闭系统。管内流体可以是水、盐水或乙二醇水溶液。根据地下埋管的布置形式，系统又分成水平埋管和垂直埋管，垂直布置的埋设深度一般为30～180m。在垂直埋管地源热泵系统中，按埋管换热器形式的不同，又分为套管和U型管两种形式。相比较而言，U型埋管换热器施工简单，运行可靠，在地源热泵系统中得到了较广泛的应用。按热泵与空调末端系统的耦合方式，又可分为水—水地源热玻纤的添加量可以到达50%以上泵和空气－水地源热如何更加详细的丈量呢泵。水－水热泵因为要增加一次中间换热和水的输送，所以系统的总性能系数要低于空气－水地源热泵。我国目基于Moldflow云计算的DOE优化翘曲变形前所开展的研究主要系统形式都是水－水耦合的方式。

美国、加拿大等国自90年代中期以来，相继对已建成的地源热泵系统的运行情况进行了调查和总结。据相关文献分析，地源热泵中大部分采用的是垂直埋管系统，建筑面积范围从1394m2到33444m2不等，热泵装机容量从25ton（88kW）到1400ton（4924kW），大部分热泵机组的单台容量为12kW左右，与末端空调系统的耦合既有水－水方式，也有水－空气方式，而且大部分系统均设有空气热回收装置。在垂直埋管系统中，井深从15m到183m，大部分的井深在46m到90m，筒径一般为mm。埋管材料为高密度聚乙烯塑料管（HDPE），单位平均埋管长度换热量为35w/m左右。1.2 地源热泵的运行技术经济分析1.2.1 资成本分析

对于埋管地源热泵空调系统而言，其投资成本主要包括：钻井、埋管、地源热泵机组和末端空调系统。椐Cane等（1996）的调查，在整个系统总投资中，地源部分（包括钻井、回填、埋管）的材料、安装与施工等费用约占20%～60%，平均占30%。1.2.2 运行能耗分析

据美国和加拿大的12个地源热泵系统的调查表明，地源热泵的年能耗指标为134.6ekWh/－256.2 ekWh/，平均能耗指标为170.6 ekWh/，远低于常规空调系统冷热源平均年能耗指标269 ekWh/。一个经过精心设计、安装和运行维护管理的地源热泵系统，在满足同样舒适性标准的前提下，其年运行能耗可仅为常规空调系统的50%。