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热泵技术有多牛?在低能耗建筑中如何应用?

所属分类:行业资讯    发布时间: 2020-07-31    作者:江苏逸佳冷暖工程有限公司
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   随着人类社会的发展和人民生活水平的提高,环境污染和能源短缺的问题也愈发严重。具有实现节能减排效果的热泵技术和低能耗建筑在这种大背景下备受关注。本文对低能耗建筑以及热泵技术进行简单介绍,对空气源热泵、地源热泵和水源热泵对建筑节能的作用进行分析,并总结和分析了国内外..学者的研究现状,为完善热泵技术在低能耗建筑中的应用打下了坚实的基础,以期促进热泵技术的发展。


空气源热泵

(1)空气源热泵系统

空气源热泵,作为热泵技术的一种,有 “ 大自然能量的搬运工 ” 的美誉,有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。以无处不在的空气中的能量作为主要动力,通过少量电能驱动压缩机运转,实现能量的转移,无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房,能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放,保证采暖功效的同时实现节能环保的目的。

空气源热泵是由电动机驱动的,利用蒸汽压缩制冷循环工作原理,以环境空气为冷(热)源制取冷(热)风或者冷(热)水的设备,主要零部件包括用热侧换热设备、热源侧换热设备及压缩机等。空气能 ( 源 ) 热泵利用空气中的热量作为低温热源,经过传统空调器中的冷凝器或蒸发器进行热交换,然后通过循环系统,提取或释放热能,利用机组循环系统将能量转移到建筑物内,满足用户对生活热水、地暖或空调等需求。


(2)空气源热泵系统的优点

1)用途广泛、四季无忧

空气源热泵既能在冬季制热,又能在夏季制冷,能满足冬夏两种季节需求,而其他采暖设备往往只能冬季制热,夏季制冷时还需要加装空调设备。

2)安全运行、保护环境

空气源热泵采用热泵加热的形式,水、电完全分离,无需燃煤或天然气,因此可以实现一年四季全天 24 小时安全运行,不会对环境造成污染。

3)使用灵活、没有限制

相比太阳能、燃气、水地源热泵等形式,空气源热泵不受夜晚、阴天、下雨及下雪等恶劣天气的影响,也不受地质、燃气供应的限制。

4)节能科技、省电省心

空气源热泵使用 1 份电能,同时从室外空气中获取 2 份以上免费的空气源,能生产 3 份以上的热能,高效环保,相比电采暖每月节省 75% 的电费,为用户省下如此可观的电费,很快就能收回机器成本。


地源热泵

(1)地源热泵系统

地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源,实现向建筑物提供采暖、制冷和生活热水的高效节能环保型技术。其基本思路就是通过少量高品位能源,将浅层热能转移为高位热能,在冬天供暖、夏天制冷。

地源热泵系统主要由室外地源换热系统、热泵机组和室内空调末端系统 3 部分组成。冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低, 即蓄存了冷量,供夏季使用;夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了系统全年的能源利用效率。


(2)地源热泵系统的优点

1)属可再生能源利用技术

太阳能是取之不尽的可再生绿色能源,地表浅层相当于一个巨大的太阳能集热器,它收集了 47%的太阳能,比人类每年利用能量的 500 倍还多。地源热泵在冬季就是利用这种储存于地表浅层的无限的能源作为热源;在夏季则以地表浅层恒定的地能温度作冷源,只需小功率的压缩机就可实现能量转换的空调系统。

调研结果表明,使用地源热泵技术比风冷热泵节能 40%,比电采暖节能 70%,比燃气炉效率提高48%,所需制冷剂比一般空调减少 50% 是真正意义上的高效节能。

2)属经济可靠的节能技术

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% ,同时可以节省运行费用 40 % 左右。此外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机地源热泵系统一机多用、系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,也有利于建筑物的美观。

如上所述, 地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率,地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%~60%。另外,地源温度有恒定的特性, 使得热泵机组运行更可靠、稳定, 整个系统的维护费用也较锅炉制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。在建筑供热空调中采用热泵技术,可以有效地提高一次能源利用率, 减少温室效应气体CO2 和其他燃烧产生的污染物的排放,是一种可持续发展的建筑节能新技。

3)运行稳定可靠且使用寿命长

传统的空调系统不论是水冷还是风冷,换热环境均为大气,由于它的换热器必须置于暴露的空气中,故不可避免地受到环境条件变化的影响,降低换热效率和使用寿命,并且影响了建筑物的外观;而地源热泵以土壤作为热源的主要优点在于土壤温度的相对稳定,基本不受外界环境的影响;埋管热交换器不需要除霜,减少了结霜和除霜的能耗;热泵系统设计简单,运动部件比常规系统少,且安装在室内,自动控制程度高,可无人值守;系统安全无燃烧设备,不存在爆炸、燃烧的隐患;由于系统不暴露在风雨中,因而维护简便;地源热泵系统的供冷、供热平稳,降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值;把地源热泵换热器埋于地下,也不会破坏建筑物的外观。

水源热泵

(1)水源热泵系统

水源热泵机组是以水为热源的可进行制冷或者制热循环的一种热泵型整体式水 – 空气式或水 – 水式空调装置,制热时以水为热源而在制冷时以水为排热源。其采用循环流动于共用管路中的水、从水井、湖泊或河流中抽取的水或在地下盘管中循环流动的水为冷(热)源,制取冷(热)风或冷(热)水的设备,包括一个使用侧换热设备、压缩机、热源侧换热设备,具有单制冷或制冷兼制热功能。

水源热泵技术的工作原理就是:通过输入少量高品位能源,实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在夏季将建筑物中的热量“取”出来,释放到水体中去,由于水源温度低,所以可以高效地带走热量,以达到夏季给建筑物室内制冷的目的;而冬季,则是通过水源热泵机组,从水源中 “ 提取 ” 热能,送到建筑物中采暖 。

(2)水源热泵系统的优点

水源热泵与常规空调技术相比,有以下优点:

1)高效节能

水 源 热 泵 机 组 可 利 用 的 水 体 温 度 冬 季 为12℃~22℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。夏季水体为18℃~35℃,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,机组效率提高。

2)运行稳定可靠

水体的温度一年四季相对稳定,其波动范围远远小于空气变动,是很好的热泵热源和空调冷源,水体温度较恒定的特性,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。不存在空气源热泵冬季除霜等问题。

3)环保效益显著

水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统,无燃烧过程,避免了排烟、排污等污染;供冷时省去了冷却水塔,避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源热泵机组运行无任何污染,无燃烧、无排烟,不产生废渣、废水、废气和烟尘,不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。

4)应用范围广

水源热泵系统可供暖、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。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物,水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源,而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求,减少了设备的初投资。其总投资额仅为传统空调系统的 60%,并且安装容易,安装工作量比传统空调系统少,安装工期短,更改安装也容易。