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系統概述

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水/地源熱泵技術發展背景

太陽每時每刻向地球散發巨大的能量,這其中有46%可以被地球吸收。因此底殼中存儲了大量的能量使得土壤、地下水常年保持較為穩定的溫度,不易受外界影響。

空調本身是一種能量轉移運輸的工具,在運行時熱泵機組只需要付出較小的能量投入即可吸取存儲在地下的大量能量。

熱泵制熱運行時,由于冬季深層土壤和地下水的溫度高于室外環境,使得系統可以獲得更多的能量,相比空氣源熱實現更高的效率,與傳統的化石能源相比,大大提高能源的利用效率,節省能源使用和費用開支。

水/地源熱泵系統不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣,是一種的理想的“綠色技術”。

水/地源熱泵系統利用常溫土壤或地表水、地下水中的熱量,這些能量來源于太陽能,因此也是一種利用可再生能源的技術。



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水/地源熱泵技術發展史

地源熱泵的概念最早出現在1912年瑞士佐伊利(H.Zoelly)的一份專利文獻中,之后的幾十年,一直處于試驗研究狀態。并先后開始有了地表水源熱泵系統、地下水源熱泵系統、土壤耦合熱泵系統的問世與發展。

20世紀30年代地表水源熱泵系統問世,作為最早的應用項目,瑞士蘇黎世市政府大廳以河水作為熱源,供熱能力175kW。到20世紀40年代末50年代初,地下水源熱泵與土壤耦合熱泵系統開始在歐洲與北美安裝使用。但由于這個時期能源價格低,應用技術還不夠成熟,地源熱泵系統未得到普遍的推廣與應用。

地源熱泵作為真正興起的一門新技術,并獲得應用與發展是在20世紀80年代。世界石油危機之后,一次能源的緊缺與價格的上漲又引起了人們對節能的關注,在這個時期地源熱泵開始受到廣泛關注,開始大量安裝與使用。

中國的地源熱泵研究起步于20世紀80年代,首先是一些高校與科研機構對其進行的相關專題研究。中國科技部和美國能源部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書,其中專門設有關于地源熱泵的發展戰略,在此之后,中國的地源熱泵發展與應用開始走上快車道。

系統原理

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地源熱泵系統工作原理

地源熱泵系統是利用淺層土壤能量(巖土體、地下水或地表水)進行冷熱交換,冬季把土壤中的熱量“取”出來,供給室內采暖,此時巖土體、地下水或地表水為“熱源”;夏季把室內熱量“取”出來,釋放到巖土體、地下水或地表水中,此時巖土體、地下水或地表水為“冷源”。




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地源熱泵系統示意圖

地源熱泵系統由水水熱泵機組、地埋管換熱設備、水力模塊、熱水蓄水箱、室內機、地板采暖設備和生活熱水設備等組成的一種新型空調型式。系統通過地埋管換熱設備與土壤冷熱交換,并將交換后的水通過循環水泵分別輸送到室內機供冷供熱、地板采暖和熱水蓄水箱中供給生活熱水。

系統優點

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地源熱泵由于其技術上的優勢,推廣這種技術有明顯的節能和環保效益。地源熱泵系統具有以下顯著優勢:

■ 節能,運行費用低

來自于太陽輻射的地下熱能取代傳統的冷卻塔和鍋爐,屬于可再生能源,節省了冷卻塔和鍋爐的運行能耗,比傳統空調運行效率高40~60%,同時機組能效比高達4.5-7。另外,地源溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,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。

■ 一機多用,節約設備用房

地源熱泵系統可制冷、采暖,還可供生活熱水(水-水熱泵機組),一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套系統。系統緊湊、節省建筑空間,減少一次性投資。

■ 保護環境

地源熱泵化石燃料消耗,與空氣源熱泵相比,相當于減少40%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上,如果結合其它節能措施節能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑,但比常規空調裝置減少25%的充

灌量;屬自含式系統,即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好,因此,制冷劑泄漏機率大為減少。

■ 利用再生能源,可持續發展

地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源作為冷熱源,進行能量交換的空調系統。地表淺層地熱資源量大面廣,無處不在,它是一種清潔的可再生能源。因此,利用地熱的地源熱泵,是一種可持續發展的“綠色裝置”。

■ 較長的使用壽命

家用空調設計壽命8年,燃氣鍋爐為10年;地源熱泵機組為15-20年,水循環和風管系統25年以上,地埋管路系統為50年,它比所有各種空調系統和采暖設備的壽命都要長。

■ 使用廣泛

從嚴寒地區至熱帶地區均適用。地源熱泵系統可制冷、采暖,還可供生活熱水,一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統;可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑,更適合于別墅住宅的制冷、采暖。



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麥克維爾水/地源熱泵在中國的市場地位

在國內的水/地源熱泵發展起步階段,麥克維爾就將國外積累的多年的產品與應用經驗帶到中國,并受國家單位委托負責起草中國《水源熱泵機組》(GB/T19409-2003)產品國標、起草中國國家標準GB/T19409-2013《水(地)源熱泵機組》,這兩個標準的實施為全行業的產品設計與檢驗提供依據,也為水/地源熱泵在中國的發展奠定了基礎。

麥克維爾進入中國后,引入了先進的產品設計理念,研發出適合中國用戶的水地源熱泵產品,目前擁有整個暖通行業最齊全的水/地源熱泵產品線。涵蓋了從分散式的水環熱泵,渦旋式水水熱泵、螺桿熱泵,到集中式的離心天威熱泵。麥克維爾為眾多知名項目提供了科學的水/地源熱泵系統解決方案,建立了北京奧運村、北京國際鮮花港、大連熱電等一系列成功的水/地源熱泵節能示范應用典型項目案例,在行業內也樹立了專業性與權威性。

根據中國制冷空調工業協會等權威的第三方數據統計報告,麥克維爾水源熱泵產品連續多年保持行業銷量領先,在水-空氣型水源熱泵領域,麥克維爾更是連續7年保持行業第一的地位。

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◆ 國標制定者

麥克維爾大型水/地源熱泵機組的發展情況

負責起草中國國家標準GB/T19409-2003《水源熱泵機組》

負責起草中國國家標準GB/T19409-2013《水(地)源熱泵機組》

參與起草中國國家標準GB 30721-2014《水(地)源熱泵機組能源效率限定值及能效等級》

參與編制中國國家標準圖集《水環熱泵空調系統設計與安裝》(06k504)



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發展情況

麥克維爾是最早進入水地源熱泵市場的品牌之一,麥克維爾(北美)1975年研發出離心式熱泵機組TSC系列,主要應用于滿足酒店、醫院、零售賣場的熱水需求、采暖和室內濕度控制。

隨著中國熱泵市場向規?;?、大型化發展,2003年麥克維爾(中國)推出采用R22制冷劑的螺桿式水地源熱泵產品WPS系列, 成為市場為數不多的外資熱泵品牌。目前螺桿式熱泵WPS系列產品線涵蓋了5種系列機型,根據用戶需求特點可劃分為高溫型、高效型、通用型和經濟型產品。針對客戶的不同需求,麥克維爾(中國)熱泵產品已形成豐富的產品線。



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系統分類

地源熱泵(ground source heat pumps,GSHP)系統包括三種不同的應用形式:以利用土壤作為冷熱源的地埋管熱泵系統(ground-coupled heat pump systems)或者叫地下熱交換器熱泵系統(ground heat exchanger);以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(ground water heat pumps);以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統(surface-water heat pumps)。

熱源的選擇首先依照因地制宜的方法選取,根據系統效率、投資額度、場地要求等因素綜合比較。隨著水/地源熱泵系統的使用,目前城市中污水源熱泵系統和地埋管熱泵系統逐漸成為成熟市場的主要選擇。主要原因在于系統后期維護簡便,長期運行穩定。

土壤源熱泵系統

該方案只需在建筑物的旁邊空地、道路或停車場等地方打地埋孔,將換熱器埋至土壤中,利用水的循環和地下土壤換熱,提取蘊含于地表淺層熱能作為空調熱源,將能量在空調室內和地下土壤之間進行轉換。通常有立式埋管和水平埋管兩種,立式埋管適用于可利用面積小,水平埋管適用于具有較大利用面積的場合。該方案不需要直接抽取地下水,不會對本地區地下水的平衡和地下水的品質造成任何影響,不會受到國家地下水資源政策的限制,具有環保、節能、能源可再生、安全可靠的特點。

地表水源熱泵系統

建筑物附近如果有可利用的地表水(如江、河、湖、海等),水溫、水質、水量符合使用要求,則可采用拋放地耦管換熱方式,即將盤管放入河水(或湖水)中,盤管與室內循環水換熱系統形成閉式系統,也可采用直接提取地表水通過板式換熱器與水源熱泵機組換熱。該方案不僅保證了河水(或湖水)的水質不受到任何影響,而且可以大大降低工程施工費用。

地下水熱泵系統

如果當地有足夠的地下水量、水質較好,有開采手段,并且當地政策又允許,就可考慮應用地下水熱泵系統。地下水系統應使用板式熱交換器進行地下水和空調循環水熱交換,可以避免對地下水的污染,同時應設置合理的回灌措施,地下水熱泵系統造價較低。

水環熱泵系統
水環熱泵水系統夏季通過冷卻塔將室內的熱量散發出去,冬季通過電、燃氣鍋爐或者城市熱網加熱循環水以維持水系統溫度,水環熱泵系統是一種具有熱回收功能的空調系統,在過渡季節或在多功能建筑物內,

同時制冷制熱的時候,可以大大降低散熱(冷卻塔)和輔助加熱設備的工作時間,達到熱回收效果,節省運行費用。此系統的投資最低,適用性強,可以廣泛應用于寫字樓、酒店、商場、醫院及綜合性建筑。

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