水源熱泵系統(tǒng)的溯源、現(xiàn)狀及節(jié)能量分析
如今，能源危機(jī)和日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染已成為威脅人類生存的頭等大事，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。
能源資源問題關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全局。為了促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用，增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，國務(wù)院于2006年1月1日頒布了《可再生能源法》。隨后，財(cái)政部、建設(shè)部于2006年9月25日頒布了《可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)資金管理暫行辦法》，在專項(xiàng)資金支持的六項(xiàng)重點(diǎn)領(lǐng)域中，有四項(xiàng)都依靠水源熱泵技術(shù)。
現(xiàn)階段，我國正處于城市化的快速進(jìn)程中，隨著城市人口的增長及人們生活的提升，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，從各種循環(huán)利用的水源中提取能量、以解決建筑物供冷供熱的水源熱泵技術(shù)，將成為城市供冷供暖的理想選擇。
篇章1：行業(yè)現(xiàn)狀
溯源及現(xiàn)狀
水源熱泵地溫中央空調(diào)系統(tǒng)的歷史可以追溯到1912年瑞士的一個專利，而熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。
我國的水源熱泵行業(yè)近幾年才開始起步，但發(fā)展勢頭看好。這除了得益于國內(nèi)外的大環(huán)境——即節(jié)約常規(guī)能源、充分利用可再生能源外，還有一個很重要的原因，那就是我國具有較好的熱泵科研與應(yīng)用的基礎(chǔ)。
有資料表明，早在20世紀(jì)50年代，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的早研究，1965年成功研制國內(nèi)臺水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。
目前，國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對水源熱泵進(jìn)行研究。其中中國科學(xué)院廣州能源研究所等單位還多次召開全國性的有關(guān)熱泵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的專題研討會，清華大學(xué)經(jīng)過多年的研究在多工況水源熱泵領(lǐng)域已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化的成果，建成數(shù)個示范工程。
中南科萊公司和中國建筑科學(xué)研究院、鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院全方位合作，對外開展水(地)源熱泵中央空調(diào)、可再生能源綜合開發(fā)的市場業(yè)務(wù)，已形成了一套從方案咨詢、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、工程施工、售后服務(wù)、專業(yè)人才培訓(xùn)為一體的能源綜合利用及開發(fā)的專業(yè)化服務(wù)體系。
原理及特性
正如水通過水泵能從低處向高處流動一樣，熱泵系統(tǒng)就是能夠把能量從溫度低(低品位能量)傳遞到溫度高(高品位能量)的設(shè)備系統(tǒng)。它是以花費(fèi)一部分高質(zhì)能為代價，從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費(fèi)的高質(zhì)能一起向用戶供熱，從而有效地利用了低水平的熱能。
水源熱泵是一種介于中央空調(diào)和分散空調(diào)之間的優(yōu)化空調(diào)能源方式，它既具有中央空調(diào)合理利用能源，設(shè)備能效系數(shù)高，運(yùn)行成本低和安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，又具有分散空調(diào)調(diào)節(jié)靈活、方便，便于管理和收費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。
水源熱泵技術(shù)在建筑中的應(yīng)用
從水源熱泵的市場應(yīng)用看，我國南方的深圳、廣州到過渡地區(qū)的上海、南京直到北方采暖地區(qū)的北京、大連等城市的公共建筑(辦公樓、商住樓、商場等)，而且住宅建筑上得到了廣泛的應(yīng)用。
北京奧運(yùn)村利用再生水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，不需要冷卻塔、鍋爐房，其能源消耗量是傳統(tǒng)電鍋爐的1/4，更重要的是，它不會排放任何污染物。
作為建設(shè)部批(2006年)可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目，全國大規(guī)模的水源熱泵住宅區(qū)，海信地產(chǎn)開發(fā)的麥島金岸4億元，采用了國際先進(jìn)的海水/污水源熱泵，節(jié)約了能源，減少了污染。建成后采暖每年可減少燃煤20206余噸，每年減少向大氣排放二氧化碳54050余噸。運(yùn)用海水中央空調(diào)，比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率高出40%，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。
有業(yè)內(nèi)人士分析，水源熱泵技術(shù)目前除了被廣泛應(yīng)用于各類民用建筑、公用建筑、軍事建筑等所有需要供冷供暖供應(yīng)洗浴熱水的中央空調(diào)系統(tǒng)，還涉及到工業(yè)領(lǐng)域中冷凍、冷藏、冷卻的工藝系統(tǒng)，成為節(jié)能減排的重要技術(shù)之一。
技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)1：環(huán)保無污染。省去了鍋爐系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染;省去了冷卻塔系統(tǒng)，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染，使環(huán)境更加潔凈優(yōu)美。
優(yōu)點(diǎn)2：節(jié)省壽命長。一套系統(tǒng)解決冷、暖、浴的供應(yīng)，安裝簡單、節(jié)省費(fèi)用，運(yùn)行壽命達(dá)到20年以上。
優(yōu)點(diǎn)3：高效節(jié)能。無論冬季還是夏季，每投入1KW電能均可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠(yuǎn)高于其他形式的中央空調(diào)系統(tǒng)。
優(yōu)點(diǎn)4：應(yīng)用范圍廣。除了從土壤或地下水提取能量，水源熱泵機(jī)組還可以從工業(yè)廢水、污水、中水、湖水、海水中提取能量，廣泛地應(yīng)用在民用建筑采暖、冷暖空調(diào)、工業(yè)企業(yè)冷凍、冷藏、冷卻、加熱等領(lǐng)域，從而節(jié)約了大量采暖、供熱、供冷能量。
優(yōu)點(diǎn)5：運(yùn)行穩(wěn)定安全。地源/水源熱泵從溫度相對恒定的水源中提取能量，相當(dāng)于汽車以經(jīng)濟(jì)時速在高速公路上行駛，平穩(wěn)而安全，故障率較低。
優(yōu)點(diǎn)6：節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。本系統(tǒng)大特點(diǎn)是節(jié)能減排，利用可再生能源。無論冬季還是夏季，運(yùn)行費(fèi)用只有傳統(tǒng)供冷供暖方式的1/2-1/3。
水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能量分析
因?yàn)榫疁囟认募镜陀诃h(huán)境空氣溫度、冬季高于環(huán)境溫度，且全年基本穩(wěn)定，因而機(jī)組無論制冷或制熱，都非常穩(wěn)定且效率不受氣溫影響。
水源熱泵機(jī)組節(jié)能表現(xiàn)如下：在夏季運(yùn)行時COP(能效比)達(dá)5.2-6.0，制冷效果因不受氣溫影響，其裝機(jī)容量可以低于常規(guī)冷水機(jī)組10-20%;配套設(shè)備功率降低20%左右。冬季制熱效率COP為4.2-5.0。根據(jù)上述優(yōu)勢，水源熱泵機(jī)組在夏季比常規(guī)制冷機(jī)組節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用20%，冬季比電、油鍋爐節(jié)約費(fèi)用70%，比集中供熱節(jié)約50%，比燃?xì)忮仩t、風(fēng)源機(jī)組節(jié)約費(fèi)用40%。
以某小區(qū)的水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)為例，該項(xiàng)目建筑面積43000平方米，選用滿液式水源熱泵機(jī)組，總制冷量2295KW，制熱量2431KW(冬季實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為2000KW)。冬夏運(yùn)行均按120天計(jì)算，則采用水源熱泵技術(shù)，全年空調(diào)電費(fèi)為平均每天每平方米0.085元。
而采用常規(guī)能源的耗能量統(tǒng)計(jì)如下：(1)冬季集中供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為：0.165元/天·平米(2)夏季采用水冷機(jī)組，每年運(yùn)行耗電量總計(jì)為：則采用傳統(tǒng)的冷卻塔+冷水機(jī)組形式，夏季電費(fèi)：0.12元/天·平米。
由此可見，采用水源熱泵技術(shù)，每一萬平米住宅建筑每年可節(jié)約電量，折合標(biāo)準(zhǔn)煤100噸。其他建筑，比如辦公樓、教學(xué)樓、體育館等公用建筑雖然與住宅相比冷暖負(fù)荷較大，但工作時間相對較短，全年節(jié)能量實(shí)際與住宅建筑基本相同。
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