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水/地源热泵工作原理、燃气、燃煤、空气源热泵对比分析

一、什么是地源热泵

我们先来简单的认识一下什么的地源热泵,地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。

地源热泵中央空调和传统中央空调相比,最大的特点就在于它的节能性,这也是很多用户不顾高额初投资选择地源热泵中央空调的原因,地源热泵除了节能外,还有很多的优点,我们可以通过与传统中央空调的对比来分析地源热泵到底具有哪些优势,为什么如此深受用户青睐。

从土壤源热泵的整个运行原理来看,土壤源热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调,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。而普通中央空调系统,将废热气或水蒸气排向室外环境,无一例外的都对环境造成了极大的污染。以地球表

面浅层地热资源作为冷热源,利用清洁的、近乎无限可再生的能源,符合可持续发展的战略要求。

对于普通中央空调系统,不管是采用风冷热泵机组还是采用冷却塔的冷水机组,无一例外的要受外界天气条件的限制,即空调区越需要供冷或供热时,主机的供冷量或供热量就越不足,即运行效率下降,这在夏热冬冷地区的使用就受到了影响。而土壤源热泵机组与外界的换热是通过大地,而大地的温度很稳定,不受外界空气的变化而影响运行效率,因此,土壤源热泵的运行效率是最高的。

地源热泵系统还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一体。一套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统,从而减少使用成本,十分经济。

地源热泵系统在运行中的节能特点也是显而易见的:通常地源热泵消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量,其制冷、制热系数可达4以上,与传统的空气源热泵相比,要高出40%,其运行费用为普通中央空调的50%~60%。达到相同的制冷制热效率,土壤源热泵主机的输入功率较小,即为业主提供了较低运行费的空调系统,在全年时间使用空调的场所,这种效果尤为明显。锅炉只能将70%~90%的燃料内能为热量,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量。

对于普通中央空调系统,若设置风冷热泵机组进行冷热空调,则风冷热泵主机的设置必须要与外界通风良好,要么设置于屋顶,要么设置于地面,这对别墅空调受限就更严重。而土壤源热泵主机的设置就非常灵活,可以设置在建筑物的任何位置,而不受考虑位置设置的限制。若设置冷水机组+锅炉进行冷热空调,冷却塔和锅炉的位置就更受限制。因此,就主机的设置而言,地源热泵系统的主机设置是非常灵活的。

一机多用,节约设备用房,应用范围广。地源热泵可供暖、空调,还可用于生活热水供应系统,一套系统可替代锅炉加空调的两套系统,因此一机多用,节省了建筑空间及设备的初投资,机组紧凑,节省设备用房空间,由此而产生的经济效益相当可观。

大地土壤温度一年四季相对保持恒定,冬季也能保持在15℃以上,埋地换热器不会结霜,可节省因结霜、除霜而消耗的能量。

通过详细对比,我们很容易发现地源热泵中央空调优势非常明显,从这里我们也可以看出,为什么政府会大力推广地源热泵系统,地源热泵的普及不仅关系到家庭用户的切身利益,也很大程度上降低建筑能耗,缓解环境能源压力,优化生态环境。舒适360积极响应政府号召,一直倡导舒适健康、节能环保的室内舒适家居生活,已经成功安装多套家用地源热泵系统。

比较项目

地源热泵中央空调

溴化锂吸收式

直燃机组

水冷机组+燃油(气)热水锅炉

水冷机组+电热锅炉

占地面积

机房占地面积小,也可不设专用机房,采用小机组灵活安装在各个房间

机房占地面积较大

需要冷冻机房和锅炉房,占地面积大

需要冷冻机房和锅炉房,占 地面积大

设备寿命

主机25年,地埋系统50年以上

10-15年

冷水机组15-20年燃油锅炉10年

冷水机组15-20年燃油锅炉15年

水资源

消耗

利用土壤和地下水的热量,不消耗水资源

夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%,冬季供热需排污补水

夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%,冬季供热需排污补水

夏季冷却水消耗量为循环量的1%-2%,冬季供热需排污补水

能源消耗

电能,能效比4~6以上

燃油或燃气,能源利用率80%

夏季利用电能,能效比3.5~4.5,冬季燃油或燃气,能源利用率80%

电能,能效比3.5~4.5

环境保护

无燃烧排放,无热岛效应

有燃烧污染,冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染

有燃烧污染,冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染

无燃烧污染,冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染

运行维护

系统组成简单,维护量小,维护方便,节能效果明显,节能率40%~70%

水泵、冷却塔能耗大,机组冷量衰减快,维护运行费用高

需要制冷供热两套机组和维护人员,运行维护复杂,锅炉房需要设置安全措施

需要制冷供热两套机组和维护人员,运行维护复杂,冬季运行费用高

控制灵

活性

可分区域控制,各区域可单独制冷或制热,互不影响

集中控制,不能单独选择制冷或供热

集中控制,不能单独选择制冷或供热

集中控制,不能单独选择制冷或供热

投 资

可分期投资,根据实际需要逐台安装

一次性投资

一次性投资

一次性投资

序号

\ 投资及费用

采用型式  \

使用条件对比

一次能源利用

环境污染程度

1

传统中央空调+热力外网配套

初投资高,受热力外网距离制约

不可再生

有污染

2

蒸汽溴化锂机组+热力外网

初投资高,运行费高,受热力外网距离制约

不可再生

有污染

3

模块风冷热泵+采暖(油、气、电)锅炉

初投资高,运行费最高

不可再生

有污染

4

直燃溴化锂机组+(燃油、燃气)

初投资高,运行费高

不可再生

有污染

5

传统中央空调+燃煤锅炉房

受政策限制,环保条件差,占地面积大

不可再生

污染极大

6

传统中央空调+燃油锅炉房

受消防要求限制,运行费极高

不可再生

有污染

7

传统中央空调+燃气锅炉房

运行费较高

不可再生

有污染

8

地源热泵

初投资低,运行费低

可再生

健康环保

类型

项目

地源热泵

冷水主机+冷却塔+锅炉

家用中央空调

普通家用空调

节能

运行费用低、节能

夏季较节能,但冬季用燃油锅炉产生热水,其能效比低,运行费用高

能效比低,运行费用高

运行费用高,耗能

环保性

有专用空调机房,无噪声

夏季冷却塔设置在室外,有水飞溅,冷却塔积水容易产生军团病菌。冬季热水锅炉有燃油尾气污染大气

室外机有噪声

有热污染

室外机有噪声

有热污染

运行效果

稳定,不受大气温度影响

夏季高温高湿,冷却塔制冷量下降,影响制冷效果。冬季热水供暖,不受大气温度影响。

夏季高温高湿,制冷效果下降;冬季室外温度低,需停机除霜,制热效果差。

夏季高温高湿,制冷效果下降;冬季室外温度低,需停机除霜,制热效果差。

安全性

稳定可靠

燃油锅炉设有储油罐,有一定危险

稳定可靠

稳定可靠

舒适性

全中央空调,夏天可提供免费卫生热水

全中央中央空调,夏天可提供卫生热水

全中央空调

调节

房间温度可自行调节,空调主机可在10%~100%无级调节

房间温度可自行调节,空调主机可在10%~100%有级调节

房间温度可自行调节,空调主机可在10%~100%有级调节

房间温度可自行调节,但调节性差

对房间装修及外观影响

风机盘管可结合房间装修整体布置

无室外挂机对小区环境无影响

风机盘管可结合房间装修整体布置

室外有冷却塔对小区环境有一定影响

风机盘管可结合房间装修整体布置

室外有风冷热泵对小区环境有一定影响

室内壁挂机和柜机占地并影响装修整体效果

家用空调室外机放置在外墙对小区环境有影响

维修、操作

操作简单,基本无维修

操作较简单,冷却塔需要更换填料,热水管道容易结垢,需清洗

操作简单,基本无维修。冬季热泵用辅助电加热易损坏,需每年更换

操作简单,基本无维修

使用寿命

20年以上

15年以内

10年以内

10年以内

1.1地源热泵技术分析

1)地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400m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(EarthEnergy),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f47%的太阳能量,是人类每年利用能量的500多倍。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的一种形式。地源热泵能够充分利用可再生能源,是一项可持续发展技术。

3)风冷换热器与水冷换热器的换热环境均为大气,故不可避免地受到环境条件变化的影响,会明显降低换热效率;而地源热泵换热器是和大地换热,大地初始温度大约等于年平均温度,基本不受外界环境的影响。

2.2地源热泵环境分析

普通空调对环境的影响是很严重的,由十夏季将废热排入大气,冬季吸收大气中的热量而使大气、住宅周围的环境更加恶劣;而地源热泵可以利用大地的蓄热能力,把夏季多余的排人大地的热能在冬季取用,把冬季多余的冷能在夏季取用,以达到冬夏两季室内的供暖供冷。虽然也使用制冷剂,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,制冷剂泄漏几率大为减少。传统的空调系统的冷却塔或室外机有噪声扰民,而地源热泵没有此噪声。该装置的运行几乎没有任何污染,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。

2.3地源热泵的经济性分析

根据某地区的情况和现行的价格体系对地源热泵空调与传统空调方式的初投资及运行费用抬标作一比较

1)初投资与运行费用比较

a.在初投资方面。地源热泵系统可以代替原来的锅炉加制冷机两套装置或系统,