详细说明
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。最近在网络上看到搜索地源热泵原理的人挺多,但是反映信息不够全面,本文将详细介绍地源热泵的原理及原理动画演示。地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能),即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。地源热泵在冬季,把土壤中的热量“取”出来,提高温度后供给室内用于采暖;地源热泵在夏季,把室内的热量“取”出来释放到土壤中去,并且常年能保证地下温度的均衡。
源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。 其中地源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,地源热泵与地能之间换热介质为水,与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
地源热泵主机:清华同方人工环境设备公司生产的GHP型水源中央空调系统,1台,名义制热量360kW,制冷量275 kW,装机功率64 kW,制热工况下冷凝器出/回水温度52℃/42℃,制冷工况下蒸发器出回水温度7℃/12℃,制热/制冷工况切换由水管路阀门组开关实现。
板式换热器:BR0.24Ⅶ型1台,12 m2,300 kW,40-13/10-15℃,不锈钢材质。冷水潜水泵:QJ50-50/6 型2台,流量50m3/h,扬程50m,功率7.5kW。南院暖气循环泵:ISG型80-160,3台,流量50 m3/h,扬程32 m,功率7.5 kW。冷水循环泵:DFB80-32B型2台,流量42 m3/h,扬程24m ,功率5.5kW。
1.蒸发器特性
在蒸发器中,有如下关系:
式中:Qe——蒸发器吸热量,kJ;
Gw,e——冷却介质质量流量,kg/s;
cp,w——冷却介质比热,kJ/kg•℃;
twe,i——冷却介质进口温度,℃;
twe,o——冷却介质出口温度,℃;
qe——制冷工质单位质量吸热量,kJ/kg;
Gr——制冷工质质量流量,kg/s;
Ke——蒸发器传热系数,kW/m2•℃;
Δte——蒸发器对数传热平均温差,℃;
Fe——蒸发器面积,m2。
2.冷凝器特性
在冷凝器中,有如下关系:
式中:Qc——冷凝器放热量,kJ;
Gw,c——冷冻介质质量流量,kg/s;
cp,w——冷冻介质比热,kJ/kg•℃;
twc,i——冷冻介质进口温度,℃;
twc,o——冷冻介质出口温度,℃;
qc——制冷工质单位质量放热量,kJ/kg;
Ke——蒸发器传热系数,kW/m2•℃;
Δte——蒸发器对数传热平均温差,℃;
Fe——蒸发器面积,m2。
3.热泵机组输入功率
式中:w——制冷工质单位质量耗功量,kJ/kg。
4.太阳能集热器
全玻璃真空管太阳能集热器的能量平衡方程式为:
式中:M——闷晒水量,kg;
Cp——水的平均定压比热,J/(kg•℃);
T1——水的初始温度,℃;
T2——水的终止温度,℃;
Tm——集热器内水的平均温度,℃;
Tα——周围空气的平均温度,℃;
τ——玻璃管的太阳透射比;
α——吸收涂层的太阳吸收比;
I——一天内照射在单位面积上的辐射能,J/㎡;
Aα——集热器采光面积,㎡;(Aα=1.43Al)[5]
UL——(T1-T2)范围内平均热损系数,W/(m2·℃);
Δt——累积辐照时间,h;
AL——吸热体表面积,m2。(内管表面积)
根据相关样本和资料[4]~[6],玻璃真空集热管的有关参数为:τ=0.90,α=0.92,Aα=0.249m2,AL=0.174m2,经计算水温在20~80℃之间时UL=0.6~0.7W/(m2·℃)之间。
2.一机多用,应用广泛:地源热泵系统可供暖、空调制冷,还可提供生活热水,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。地源热泵有着明显的优点。
不仅节省了大量的能量,而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求,减少了设备的初投资,地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑,小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
3.自动运行:地源热泵机组由于工况稳定,可以设计成简单的系统,部件较少,机组运行可靠,维护费用用低,自动控制程度高,使用寿命长。
4.无环境污染:地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少38%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,真正的实现了 节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。
5.维护费用低:地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,系统安装在室内,不暴露在风雨中,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。
6.使用寿命长:地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管,寿命可达50年,要比普通空调高35年使用寿命。
7.维持生态环境平衡:地源热泵夏天把室内的热量排到地下,冬天把地下的热量取出来供室内使用,相对来说,向环境排放更少的能量,维持生态环境的平衡。
8.节省空间:没有冷却塔、锅炉房和其它设备,省去了锅炉房,冷却塔占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象。