淺談地源熱泵技術(shù)在生活熱水供應(yīng)中的應(yīng)用

冉葦

摘要 本文對(duì)地源熱泵的造型計(jì)算、工作原理、流程圖與系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，即要做到滿足用戶要求，也要提高能源的作用效率，將地源熱泵的應(yīng)用優(yōu)勢充分體現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用；熱水供應(yīng)；地源熱泵技術(shù)

假設(shè)別墅設(shè)有游泳池、加熱系統(tǒng)與室內(nèi)熱水提供系統(tǒng)。建筑直徑526m，面積約3 000m2地下一層，地上三層。系統(tǒng)內(nèi)全部熱泵位于一層設(shè)備問。熱水設(shè)備包含廚房洗臉盆5個(gè)、廚房洗滌盆5個(gè)、洗臉盆7個(gè)，帶淋浴的浴盆5個(gè)。室內(nèi)游泳池長度80m，寬度1_8m，三層高的別墅中，一層設(shè)備間內(nèi)部存放全部熱泵。用戶要求游泳池與生活熱水能夠24小時(shí)全天候供應(yīng)。

1.方案比較

1.1電熱水器

電熱水器具有操作簡便、全球維修、無污染、初投資少等方面的特點(diǎn)。而電熱水器的運(yùn)行完全依靠電能，電力能源費(fèi)用高，屬于緊缺資源，不安全因素較多。

1.2燃?xì)鉄崴?/p>

燃?xì)鉄崴餍枰^高的運(yùn)行費(fèi)用，但初投資較少。對(duì)于廚房與衛(wèi)生間較多的建筑物，可以以燃?xì)鉄崴鳛橹鳌５細(xì)鉄崴饔捎谛枰茉O(shè)額外的燃?xì)夤艿溃欢ǔ潭壬蠈?duì)室內(nèi)的美觀造成影響。同時(shí)，燃?xì)庾陨砭褪且环N重大的不安全因素，經(jīng)過燃燒反應(yīng)后會(huì)生成大量的一氧化碳?xì)怏w，在室內(nèi)設(shè)置電熱水器存在著潛在的安全隱患。

1.3地源熱泵

熱泵是一種能夠?qū)⒌臀粺嵩礋崃哭D(zhuǎn)移至高位熱源的裝置。利用地面這一天然的冷熱源，利用高位能原理對(duì)標(biāo)上物質(zhì)進(jìn)行加熱或制冷處理。在制冷過程中，地源熱泵系統(tǒng)能夠向地面釋放自身熱量；在制熱過程中，能夠?qū)⒌孛嬷械臒崃繉?dǎo)入至熱泵，實(shí)現(xiàn)熱泵升溫。熱量從溫度高的區(qū)域注入至溫度低的區(qū)域，地源熱泵利用該原理對(duì)現(xiàn)有能源進(jìn)行利用，不需要第三方能源，運(yùn)行費(fèi)用大幅降低，但實(shí)投資大。另外，該技術(shù)還具有維護(hù)費(fèi)用低以及使用壽命長等方面的優(yōu)勢，應(yīng)用前景十分廣闊。

地面熱源能量來源十分廣泛，作為一種低位熱源，具有溫床波動(dòng)小、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，地表以下10m左右封溫度與全年平均氣溫相當(dāng)，并且不隨季節(jié)的變化而變化。土壤溫度在時(shí)間維度上的變化呈余弦函數(shù)狀分布，地層深度越深，溫度波動(dòng)振幅越小，在充分的地層深度條件下，該位置線以下的區(qū)域土壤溫度處于恒定狀態(tài)。在深度上，溫度波動(dòng)在時(shí)間上呈現(xiàn)出一定的延遲性特點(diǎn)，即溫度上升至最大值所需要的時(shí)間與地表溫度環(huán)境下該數(shù)值所需要時(shí)間相關(guān)一個(gè)相位。因此，在建筑物冬季，由于室外溫度較低，地下土壤相比于室外空氣明顯更高，夏季則是相反的情況。以上所描述的土壤特性給地源熱泵制熱性能的發(fā)揮提供了良好的基礎(chǔ)。而且冷凝溫度與蒸發(fā)溫度基本保持不變，使熱泵能夠長期維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

土壤溫度相比于空氣溫度穩(wěn)定性十分突出，一年四季均能夠穩(wěn)定運(yùn)行，未任何形式的氣候影響。處于恒定狀態(tài)下的土壤溫度能夠保證熱泵機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)也提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性與高效性。由于地源熱泵技術(shù)所具有的應(yīng)用優(yōu)勢十分明顯，已經(jīng)成為了許多新型建筑在性能提升方面的理想技術(shù)。

2.經(jīng)濟(jì)性分析

某一特定熱源實(shí)際熱值計(jì)算公式為：

實(shí)際熱值=熱效率×熱值

不同熱源運(yùn)行費(fèi)用如下：

電熱源熱值效率3 600kJ/（kw.h）90%，實(shí)際熱值3 240kJ/（kw·h），單價(jià)0.6元/（kw·h），運(yùn)行費(fèi)用31.14元；

天然氣熱值效率35 169kJ/m3，實(shí)際熱值22 860kJ/m3，單價(jià)2元/m3，運(yùn)行費(fèi)用14.72元；

地源熱泵熱值效率36 006kJ/（kw·h），實(shí)際熱值10 802kJ/（kw·h），單價(jià)0.6元/（kw·h），運(yùn)行費(fèi)用9.34元。

3.地源熱泵工藝系統(tǒng)流程

地源熱泵系統(tǒng)由用戶側(cè)分水器、蓄勢水箱、地源熱泵以及土壤換熱器等分部構(gòu)成。由于本實(shí)驗(yàn)所假定的建筑物內(nèi)含有游泳池以及各種熱水供應(yīng)設(shè)備，需要設(shè)備維持全天穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部共設(shè)置兩臺(tái)蓄熱水箱，其中A箱收集熱泵熱水，在A水箱內(nèi)水溫下降至55℃以下時(shí)，自動(dòng)打開熱泵對(duì)A箱水進(jìn)行加熱處理，當(dāng)水溫恢復(fù)至55℃以上時(shí)自動(dòng)注入B水箱，通過分水器將B箱水分送給用戶。其中一路傳送至游泳池再加熱器中，對(duì)池水進(jìn)行循環(huán)加熱。一路作為一種熱源在溫水器的作用下混入自來水中。一路在干管循環(huán)的作用下，作為生活在熱水與衛(wèi)生器具用水供給用戶。生活熱水與游泳池循環(huán)加熱水中的回水回流至A水箱，與水箱中原有的水相混合，當(dāng)A水箱內(nèi)水量不足時(shí)，自動(dòng)加入自來水，循環(huán)加熱則由熱泵設(shè)備來完成。若B水箱在散熱作用下水溫下降至55℃以內(nèi)，需要在水泵的作用下將水重新輸送加水箱A進(jìn)行加熱處理。

耗熱量計(jì)算示例：

每一小時(shí)內(nèi)建筑物耗水量依照衛(wèi)生器具熱水用量來計(jì)算，溫度取4℃，不將其他方面的用水量納入計(jì)算，只納入浴盆熱水用量。

熱水耗熱量計(jì)算公式：

4.結(jié)論

本文對(duì)地源熱泵的有關(guān)原理與應(yīng)用方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，該技術(shù)能夠在滿足用戶需求的同時(shí)又節(jié)約了用戶的能源使用費(fèi)用，充分利用地面熱源這一無限資源，是節(jié)能型建筑的重要表現(xiàn)形式，應(yīng)用價(jià)值值得推廣。