地源热泵空调系统及其在武汉地区的应用

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地源热泵系统


摘要： 地源热泵是一项新兴的节能环保、可再生能源利用技术,本文回顾了地源热泵空调系统在国内外的发展和应用情况,介绍了地源热泵空调系统在湖北武汉地区的工程应用实例,并就地源热泵空调系统设计和实际工程应用中应注意的问题进行了阐述和探讨。
　　关键字： 地源热泵 节能 工程应用

1 地源热泵应用概况
　　地源热泵（GSHPS）是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和热汇的系统，即地下耦合热泵系统（ground-coupled heat pump systems, GCHPS），也叫地下热交换器地源热泵系统（ground heat exchanger）;地下水热泵系统groundwater heat pumps, GWHPS）;地表水热泵系统（surface water heat pumps, SWHPS）。
1.1 国外发展情况
　　地源热泵系统由于采用的是可再生的地热能，因此被称之为：一项以节能和环保为特征的21世纪的技术。这项起始于1912年的技术（瑞士提出的一个专利，该技术的应用始于英、美两国），美国从1946年开始对GSHP系统进行了十二个主要项目的研究，如地下盘管的结构形式、结构参数、管材对热泵性能的影响等。并在俄勒冈州的波特兰市中心区安装了美国第一台地源热泵系统。
　　特别是近十年来地源热泵在欧美工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。到2000年底，美国有超过40万台地源热泵系统在家庭、学校和商业建筑中使用，每年约提供8000~11000Gwh的终端能量。
地源热源在工程上的应用主要为地下耦合热泵系统（GCHPS）和地下水热泵系统（GWHPS）、地表水热泵系统（SWHPS）。
1.2 国内发展应用情况
1.2.1　能源消费现状
　　到2040年，我国一次能源的总消费量将达38.6亿吨标准煤，是现在能源消费量的3倍。而到本世纪末，国内每年最多可供应的一次能源生产量为32亿吨标准煤。因此，我国今后较长期的能源消费年均增长率应控制在2.5%左右，直到2040年能源消费实现零增长目标。
　　我国已探明的能源总体储量，煤炭储量约占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气仅占1.2%，我国人口约占世界人口的20%，人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我国是煤炭大国，但世界七大煤炭大国中其余六国的的储量比都在200年以上，只有我国的储量不足百年。石油的储量比为四十年，并且中国石油、天然气的平均丰度值也仅为世界平均水平的57%和45%。
　　面对如此严峻的能源形势，国家总的能源政策还是节能和新能源开发、再生能源利用并重，因此，地源热泵技术的推广应用在我国具有极大的现实意义和广阔的发展前景。
1.2.2地源热泵应用情况
　　地源热泵空调系统的设计，主要包括两大部分：一是建筑物内的水环路空调系统的设计；二是地源热泵空调系统的地下部分的设计，即地下耦合热泵系统的地下热交换器、地表水热泵系统的地表水热交换器、地下水热泵系统的水井系统的设计。
　　地下耦合热泵系统最早应用在89年10月投入运行的上海闵行开发区办公楼（4305m2，冷负荷4532KW，热负荷231KW），其技术和设备均由美国提供，使用情况良好。135个深35米的垂直竖管井,埋管为聚丁烯管。国内的大专院校均进行了相关的垂直或水平埋地管的试验研究和小型的工程应用,并建立了地埋管的传热模型。各地的地质条件不同，土壤的温度和热物性参数都不一样，因此，地下耦合热泵的应用还有待进一步的实验验证和实验数据的积累。
　　地表水热泵系统：地表水温度受气候的影响较大,与空气源热泵类似,武汉东湖等浅水性湖泊夏季水温高于湿球温度，无利用价值，冬季水温略高于气温，可用作热源水。实测数据表明宁波奉化江水7M深31.2℃，珠江底层31.8℃，江水热污染很厉害，利用价值不大。可利用长江水作为地表水热泵系统的热源，但冬季江水水位很低，从取水的经济性及防洪角度考虑，实际利用还是极难的。
　　地下水热泵系统：综合上述情况可以看到，目前在我国来说，技术上比较成熟、利用可行性较大、实施的工程项目较多的还是地下水热泵系统。目前国内生产水源热泵机组的厂家也已达到二、三十家。因为国内还没有颁布水源热泵机组的生产技术标准，国内厂家生产的产品质量差别较大，从有些厂家的产品样本来看，技术参数不完整、不准确。因为很多生产厂家没有实测手段，采用水源热泵机组所需要的很多数据不能提供，甚至不排除某些技术力量差的厂家根本就没有弄清楚水源热泵机组和常规冷水机组的技术差异，直接就拿常规冷水机组来作为水源热泵机组推销到市场。目前就笔者所接触到的厂家来看，只有一家国外公司能够提供专用电脑软件选型数据，可以根据设计工况选择合理和可信的机组配置和各种性能数据。