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水源热泵空调系统的优化设计及技术经济分析

论文编号: 所属栏目:工业设计 发布日期:2020年06月01日 论文作者:知乎者也论文网

  水源热泵技术是一种以浅层地热资源为主要能源,本文分析了水源热泵的工作原理和优势。结合工程实例,对热泵空调系统的优化设计进行了探讨并且对技术经济信息采用了表格形式进行了分析。

  《》(双月刊)创刊于1965年,是由全国泵行业技术归口单位沈阳水泵研究所主办,《水泵技术》杂志社编辑出版,集专业性、指导性、行业性与实用性于一体,是目前中国泵行业唯一的权威性核心期刊。

  通过先进空调设备将地下的低位能量开发利用,成为可利用高位能,既能供热又能制冷的高效节能空调技术。此系统以地能为冷热源,以电能为辅助的能源,开发利用地下的低位能量,通过先进的水源热泵机组变为可利用的高位能。水源热泵利用的几种方式主要包括地下水热泵(地源热泵)、江河湖水源热泵和土壤热泵。水源热泵整机是由微电脑控制,无需专人的值守,自动平衡能量的需求,使机组始终处于最佳经济运行状态。系统具有很高的能效比(1:5~1:6)。

  一、水源热泵技术的优势

  我国地热水资源极为丰富,利用热泵技术将地热水的低品位热能提高到40~45oC的高品位热能将可以大大提高地热能的利用效率,对于调整我国目前的能源结构,走出一条可持续发展的新型工业化道路具有重要意义。水源热泵技术具有以下优势:

  1.水源热泵技术利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换。地表土壤与水体不仅是一个巨大的太阳能集热器,收集47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量500倍还多,而且还是一个巨大的动态能量平衡系统,地表土壤与水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡。水源热泵利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能作为冷热源,是典型的清洁可再生能源,取之不尽、用之不竭。热泵系统进行能量的转换利用,节能环保。

  1. 高效节能。水源可利用水体温度四季为16-20oC,冬季水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环蒸发温度提高,能效比也提高。夏季水体温度比环境空气温度低,所以制冷冷凝的温度降低,使冷却效果好于风冷式与冷却塔式,机组的效率提高。美国环保署EPA估计,设计安装良好水源热泵,平均可以节约用户30~60%的供热制冷空调运行费用。

  2. 运行稳定可靠。水体温度一年四季相对稳定,波动的范围远远小于空气的变动,是很好的热泵热源与空调冷源,水体温度较恒定特性,使运行更可靠、稳定,保证了系统的高效性和经济性。

  3. 冬季运行不需要除霜,减少了结霜和除霜的损失,同时避免了空气源热泵冬季除霜难点问题。

  4. 环境效益显著。水源热泵使用电能,电能本身为一种清洁能源,在发电时,消耗一次能源并导致污染物与二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的就是减小了环境污染。水源热泵的电力消耗和空气源热泵相比,相当于减少了30%以上,与电供暖相比,相当于减少了70%以上。水源热泵运行没有任何污染,可建造在居民区内,没有燃烧,排烟,也没有废弃物,不需堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。

  5. 自动运行。由于运行工况稳定,可以设计简单系统,部件相对较少,机组运行简单可靠,维护费用低;自动控制程度高,寿命长可达到20年以上。地源中央空调不受室外空气的影响,即使在室外环境温度-30oC也能进行正常的制热运转,达到室内温度要求。温度的检测应在系统连续安全运行24小时后测定。

  二、水源热泵系统方案的技术经济分析

  本文以上海地区某小区为例,结合住宅与商业的负荷情况及小区的建设特点,冬、夏季均由水源热泵机组来承担空调负荷,夏季为末端提供7/12oC的冷冻水,冬季末端提供45/40oC的热水。系统方案的经济性计算,初投资与运行费用与常规空调系统(电制冷+燃气锅炉)进行了分析和比较。

  2.1设计参数

  小区内住宅设计为新型节能建筑,单位建筑面积冷负荷与热负荷分别按45W/m2和40W/m2进行概算,系统冷热负荷概算结果见表1。

  2.2设备选型与初投资

  ⑴水源热泵机组

  本方案采用了2台水源热泵机组(单台制冷量为1312kW、制热量1257kW),用于夏季制冷与冬季供热。主要设备与初投资选型如表2所示。

  表2水源热泵空调系统主要选型和初投资

  本方案采用了2台螺杆式冷水机组(单台制冷量为1406kW),用于夏季制冷,2台燃气锅炉(单台制热量为1400kW),冬季供热。主要设备的选型列于表3。

  表3燃气锅炉+冷水电制冷剂组主要设备选型表

  2.3运行的费用分析

  年运行费用按冬夏两个季节计算,夏季的运行按照每天运行18小时,运行150天,冬季的每天运行为18小时,运行90天算。综合考虑设备同时使用的系数0.8。本工程上海地区电价政策:06:00~22:00—0.61元/kWh,22:00~06:00—0.30元/kWh,天然气2.2元/m3,进行年运行费用分析。结果如表4所示。