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浅析地热源空调技术(地源热泵)

作者:qiqi      日期:2012-04-12      点击数:
        可再生能源有太阳能、地热能、风能、水能和生物质能等,是洁净的、对环境友好的能源。地热能根据地热水的温度可分为高温(>150℃)、中温 (150一90℃)和低温(< 90 ℃)三种。高温地热能主要用于发电,中低温地热能一般可直接利用(供热、温室、旅游和疗养等),而低温地热能可通过热泵技术提高其能源品质进行利用。
        地源空调技术分为两类:一类是抽取深层地下热水直接供暖或制冷,称为地热供暖或空调,另一类是利用地下土壤温度相对稳定的特点,通过埋设在地下的管路系统进行热量交换,称为地温空调或土壤源空调。两类技术的共同特点是采用热泵技术。
        应该指出,以建筑物的空调(包括供热和制冷)为目的的热泵系统有许多种,例如有利用建筑通风系统的热量(冷量)的热回收型热泵和应用于大型建筑内部不同分区之间的水环热泵系统等。对于利用周围环境作为空调冷热源的热泵系统。国外的文献通常把它们分为空气源热泵(air source heatpump, ASHP)和地源热泵(ground source heat pump, GSHP)两大类。地源热泵又可进一步分为地表水热泵(surface-water heat pump, SWHP、地下水热泵(groundwater heat pump, GWHP)和地下藕合热泵(ground-coupled heat pump,GCHP)。我国对热泵系统的术语尚未形成规范的用法。例如对地下水热泵系统有“地温空调”的商业名;而地下祸合热泵则在一些文献中称为“土壤源热泵”,或直接称为“地源热泵”。
        目前我国空调供热用电量已占建筑物能耗的60%左右,加重了电网的“峰谷”差,造成环境污染。随着我国能源政策的调整和环保政策的加强,可再生能源在空调中的应用越来越受到重视。中温地热能在我国供热中早已应用,而低温地热及地热尾水在空调供热中的应用研究是当前的热点,尤其我国成功申办2008奥运会后,地热热泵供热技术在北京和其它地区的应用研究掀起了一个高潮。
        我国的地热资源非常丰富。1992年我国能源研究会地热专业委员会统计了大陆地区的地热资源(表5一1),认为我国的地热资源丰富,应用潜力大。地热资源分布丰富的地区有西藏、云南、广东、河北、天津、北京和台湾等。目前发现的地热以中低温为主,多为低温水热型资源,绝大部分适宜直接利用;高温地热源不多,主要集中于西藏、云南和台湾。
        根据地热资源温度的高低,地热资源在我国的利用有两种方式:地热发电和直接利用。适合发电的地热资源在我国主要分布在西藏、川西一带,如西藏羊八井地热电站(装机容量27. 18MW)年发电量超过1亿度,冬、夏两季的发电量分别占拉萨电网的60%和40%,对拉萨地区的供电起着举足轻重的作用。口前我国大陆地区共有五座地热电站(西藏有三座)在运行,总装机容量达27.78MW。
        中低温地热的直接利用在我国非常广泛,已利用的地热点有1300多处,地热采暖面积达800多万平方米,地热温室、地热养殖和温泉浴疗也有了很大的发展。地热供暖主要集电在我国的北方城市,其基本形式有两种:直接供暖和间接供暖。直接供暖就是以地热水为.T-质供热,而间接供暖是利用地热热水加热供热介质再循环供热。地热水供暖方式的选择主要取决于地热水所含元素成分和温度,间接供暖的初投资较大(需要中间换热器),并由于中间热交换增加了热损失,这对中低温地热来说会大大降低供暖的经济性,所以一般间接供暖用在地热水质差而水温高的情况。
        在一些有地热资源的地区地热采暖制冷早已有所应用。当前,正在发展的则是土壤源即地温热泵技术。
        从20世纪80年代末,我国便开始了对土壤源热泵的探索研究,但其大规模的研究应用工作只是在近几年才开始。据文献资料报道,国内最早的土壤源热泵研究开始于1989年,当时,青岛建筑工程学院同瑞典皇家工学院合作建立了国内第一个土壤源热泵实验室,先后进行了水平平铺埋管土壤源热泵供冷供热的性能及垂直U形埋管土壤源热泵的供热供冷性能的实验研究;天津商学院制冷研究所于1989一1993年分别对塑料管和铜管的水平蛇管型、螺旋管型土壤源热泵进行了冬季供暖和夏季空调的性能研究;华中科技大学从20世纪90年代开始,在国家自然科学基金的资助下先后进行了水平单管换热研究、地下浅层井水用于供暖空调的研究;1998年,湖南大学开始对多层水平埋管换热特性进行研究;同济大学从1999年开始,在联合技术公司(UI'C)的资助下进行了土壤一太阳能复合热源的研究,主要针对长江中下游地区含水率较高的土壤的蓄放热特性进行测试;重庆建筑大学从1999年开始,在国家自然科学基金的资助下对浅埋竖直管换热器的采暖、供热特性进行了研究。此外,清华大学、天津大学、山东建筑工程学院及中科院广州能源研究所等高校和科研单位也对土壤源热泵进行过研究,并取得了一定的成果。
        土壤源(地温)热泵是一种以土壤作为热源的热泵空调技术。其原理是利用地下土壤温度相对稳定的特点,通过埋设在地下的管路系统进行热量交换,依靠消耗少量电力驱动的压缩机进行制冷循环。夏天向大地释放热量,冬天从大地吸取热量,以达到建筑采暖和制冷的要求。
        地下的环路可以是水平的或垂直的。当建筑周边土地空间足够时,宜采用水平环路,热交换管路埋设在地下沟中;当土地有限时,可用垂直管环路;当附近有池塘(湖)时,管路可安设在塘底。还可以利用地下水或地表水(如湖水、河水等)作冷热源,根据情况采用回灌或不回灌等方法。

(责任编辑:qiqi)

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