地源熱泵與低溫地板輻射供暖聯(lián)合運(yùn)行的可行性分析

1、地源熱泵與低溫地板輻射供暖聯(lián)合運(yùn)行的可行性分析作者：日期 : 地源熱泵與低溫地板輻射供暖聯(lián)合運(yùn)行的可行性分析摘要：介紹了地源熱泵及低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的特點，并通過比較地源熱泵及低溫地板輻射供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)冷水機(jī)組和散熱器系統(tǒng)的初投資及運(yùn)行費用，說明了地源熱泵及低溫地板輻射采暖系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行在節(jié)能環(huán)保及運(yùn)行費用方面具有較大優(yōu)勢。指出了為推廣這種空調(diào)供暖形式需解決的問題 。 關(guān)鍵詞：地源熱泵低溫地板輻射采暖節(jié)能 環(huán)保經(jīng)濟(jì)性 1 引言對于一個完整的供暖空調(diào)系統(tǒng),其基本的組成都必須有三個部分組成,即熱 (冷）源、管路系統(tǒng)和末端（向室內(nèi)供熱供冷的設(shè)備裝置）,如何合理地選擇系統(tǒng)的熱(冷)源及末端裝置一直都是

2、建筑設(shè)備與環(huán)境工程師及科學(xué)工作者不懈努力追求的。在以往的許多資料和研究文獻(xiàn)中大多是單獨對冷（熱）源1- 10 或末端 11-16 進(jìn)行的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各方面的分析。但是在諸多冷(熱）源及末端系統(tǒng)的形式中選出互相匹配的源與端,對于供熱、空調(diào)系統(tǒng)同樣非常重要。11 地源熱泵簡介地源熱泵最早于92 年瑞士的一份專利文獻(xiàn)中提出45 ,它是一種利用地下淺層低溫地?zé)豳Y源（常溫土壤或地下水)來實現(xiàn)制冷制熱的高效節(jié)能熱泵系統(tǒng)，利用地能分別可以在冬季作為熱泵供暖，同時大地儲存冷量,以備夏季供冷使用;相反在夏季作為冷源，同時儲存熱量以備冬季使用,地源熱泵具有以下特點： （1）地源熱泵屬于可再生能源,由于其可在冬夏兩

3、季交互地蓄存冷熱量 ,同時地球表面吸收并蓄存了47% 的太陽能 ,此能量是人類每年利用能量的總和的500倍之多4 ,這種蓄存于地表淺層的近乎無限的能源是取之不盡用之不竭的可再生能源，符合能源可持續(xù)性發(fā)展 的趨勢。 （） 地源熱泵的污染物排放,僅相當(dāng)于空氣源熱泵的60% ，是普通鍋爐供暖系統(tǒng)的30% 。 4 ，雖然其也采用制冷劑，但是比常規(guī)空調(diào)裝置減少了 25% 的充滿量 ,是真正的環(huán)保型系統(tǒng)。 （3）地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)高效的冷（熱）源,其利用的地能或地表淺層地能的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低 ,是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源,這種穩(wěn)定溫度使得地源熱泵的cp 值比較高

4、，夏季約為4.1( 傳統(tǒng)冷源2.),冬季 1(傳統(tǒng)熱泵 .8） 10 , 節(jié)能以及節(jié)約運(yùn)行費用達(dá)0 ,另外地能由于溫度穩(wěn)定，這就使熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高效性、經(jīng)濟(jì)性。（4)地源熱泵可以一機(jī)多用。它可以用于供暖、空調(diào)、生活熱水，其適合于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校、住宅，更適合于別墅，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ闹醒肟照{(diào)冷（熱)源。 1.2 低溫地板輻射供暖簡介低溫地板輻射供暖是一種利用建筑物內(nèi)部地面進(jìn)行采暖的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以整個或部分地面作為散熱面，其地板散熱面主要以輻射熱的形式(約占總熱量的61.25% ） 1 向室內(nèi)散熱。低溫地板輻射采暖作為冬季的一種采暖形式,在國外早在世紀(jì)3

5、0 年代就得到了應(yīng)用 ，在國內(nèi)2世紀(jì) 0 年代在人民大會堂、華僑飯店等工程中也有所應(yīng)用， 但是在當(dāng)時由于受到材料工業(yè)和技術(shù)條件的限制,地板供暖技術(shù)受到了制約。隨著我國塑料化工工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了耐高溫、高壓、抗老化、易彎曲的pe、 p、 p、pp 等塑料管道， 為低溫地板輻射供暖技術(shù)提供了可靠的材料保證 ,與金屬材料相比塑料管具有耐腐蝕、抗老化、 成本低，地面下無接口、不易結(jié)垢、阻力小等優(yōu)點，一般塑料管道使用壽命可達(dá)50 年以上。低溫地板輻射供暖系統(tǒng)具有高效節(jié)能(與普通散熱器采暖系統(tǒng)相比節(jié)能可達(dá)0以上 ) 7 ，運(yùn)行費用低 ,舒適衛(wèi)生、使用壽命長，便于熱力計量和收費，可利用熱源多、節(jié)約建筑有效使

6、用面積等優(yōu)點。2 地源熱泵與地板輻射供暖的耦合分析由于地源熱泵系統(tǒng)利用淺層地能制造低溫?zé)崴涑鏊疁囟纫话阍?0左右屬于低溫?zé)崴?,而地板輻射供暖所需水溫一般也較適宜采用0左右的水，并且地源熱泵出水溫度越低其工作性能越好,機(jī)組 cp值越高 ,從這一方面來講,地源熱泵技術(shù)與低溫?zé)崴匕遢椛涔┡瘏f(xié)調(diào)工作是合適的。對于地源熱泵的制熱量在連續(xù)正常運(yùn)行時，其制熱量是穩(wěn)定的，如圖1 中的（）線所示。而對于建筑物地板輻射供暖所需熱負(fù)荷則是每天小時，每年 35 天都是在變化的如圖1 中(2）線所示。 如何使地源熱泵的供熱量來適應(yīng)地板供熱的變化是地源熱泵應(yīng)用于低溫低版輻射供暖的重要環(huán)節(jié)，在文獻(xiàn)18 中對地源熱泵的

7、變頻運(yùn)行作了試驗性研究 ，并取得了較好的耦合效果。3 地源熱泵與地板輻射供暖的經(jīng)濟(jì)性分析地源熱泵與地板輻射供暖的優(yōu)點在本文前面已做了介紹，但是其初投資和運(yùn)行費用以及節(jié)能的實際效果如何是推廣這項技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。 .1 地源熱泵的經(jīng)濟(jì)分析對于地源熱泵的初投資及運(yùn)行費用筆者根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)9 0 和實際工程的分析計算 得出如表1 所示的對比。.2 低溫地板輻射供暖的經(jīng)濟(jì)分析低溫低版輻射供暖系統(tǒng)，其在傳熱過程中熱面朝上，散熱均勻而高效，無“腳冷頭熱 ”的感覺 ,也無口干舌燥的不良反映，采取地板輻射供暖與傳統(tǒng)散熱器供暖相比,其運(yùn)行費用和初投資經(jīng)過計算分析,其結(jié)果見表2 所示。表系統(tǒng)名稱運(yùn)行費用可比初投資 (

8、元/m ） 備注cop 元/m 2 年夏季冬季水冷機(jī)組 + 中央熱水機(jī)組29 2.8 7 16.7 按國產(chǎn)機(jī)組計算地源熱泵系統(tǒng).1 3 .9 2 .3 按 1.8m/m 2 地?fù)Q熱器計算注：表 1 運(yùn)行費用每天按10，夏季運(yùn)行按天計算，電費價格按05元 /度計算。從表可以看出,地源熱泵運(yùn)行費用較普通空調(diào)節(jié)能及運(yùn)行費用約%,而初投資增加約28% 。若以300m 的建筑為例 ,則約在 5 年收回其成本 (一般空調(diào)的使用壽命為1年左右 )。表 2 供暖方式一次性投資運(yùn)行費用(元/ 年）使用年限 (年) 每 2 造價（元 /m 2 ) 裝修費（元）占建筑面積折價（元) 合價 (元) 普通散熱器供暖4

9、0-5 8 40-1 0 1.10-15 地板輻射供暖 50 40（地板增厚 ) 90 16.7 30 風(fēng)機(jī)盤管110 2 122 20 0-15 注：表 2 中建筑造價4元 /m 2 ， 每 普通散熱器約占.02 ,運(yùn)行費用按每天10h 計算，冬季按100 天計算，電價按0.5 元 / 度?？梢钥闯?,其運(yùn)行費用較普通供暖可節(jié)約能源約5% ， 初投資雖然直接費用較普通采暖略高，但是綜合裝飾及占房間面積折價等因素 ,地板輻射供暖反而略低。 綜合表 1 和表 2 可以得出，對于普通水冷機(jī)組加中央換熱機(jī)組選用風(fēng)機(jī)盤管其初投資為288.7 元/m 2 , 地源熱泵與地板采暖初投資約為23.元 /m

10、2 ,初投資增加僅為10 7% ，而能源節(jié)約和運(yùn)行費用的減少可達(dá)為 .33,很顯然， 增加的小量投資是很值得的。另外地源熱泵與低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)建筑新風(fēng)比較容易解決，室內(nèi)空氣質(zhì)量好,維護(hù)工作簡便 ,安靜無噪音。 4 尚需解決的 問題4.1 對于地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性顯示，其運(yùn)行時間越長，效率高的特點發(fā)揮的就越好，如果全年運(yùn)行 ,即冬季供暖、夏季用于空調(diào)、春秋季節(jié)產(chǎn)生衛(wèi)生熱水等聯(lián)合運(yùn)行，其節(jié)能效果會更加突出，而對于多端的聯(lián)合運(yùn)行，所需熱泵容量的匹配以及與各端容量的耦合還有待研究。4.低溫地板輻射供冷由于地面在溫度較低時容易結(jié)露或即使不結(jié)露也會使室內(nèi)空氣濕度升高,使室內(nèi)環(huán)境變差，降低室內(nèi)濕度是夏季

11、采用地板供冷的關(guān)鍵，也是地源熱泵與地板輻射供暖（供冷)聯(lián)合運(yùn)行的關(guān)鍵所在。 如何降低室內(nèi)的空氣濕度還有待從理論到措施的研究。.3 由于地源熱泵所用淺層大地的地能，而埋管換熱器的傳熱受到土壤的直接影響,故各地區(qū)土質(zhì)對地源熱泵的工作性能影響較大,具體埋地?fù)Q熱器的換熱特性，在設(shè)計中如何選擇埋地?fù)Q熱器也是制約地源熱泵推廣的重要因素之一 ,有待在這一方面進(jìn)一步研究。參考 文獻(xiàn)1 萬仁里談地源熱泵建筑熱能通風(fēng)空調(diào)00 第3 期 4-472魏唐隷等地源熱泵冬季供暖測試及傳熱模型暖通空調(diào)000(30 ）第 1 期 1-4刁小飛等地源熱泵的優(yōu)越性及前景展望能源研究與信息2002 (18 ）第 1 期 33-3

12、4 壽青云陳汝東高效節(jié)能的空調(diào)地源熱泵節(jié)能 2001 第 1 期5 劉憲英等地源熱泵地下埋管換熱器傳熱模型的綜述重慶建筑大學(xué)學(xué)報 9(1）第期106 1王永鏢地源熱泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析熱能動力工程0 (17 ）第 6 期 56-567 陳渙新地源熱泵技術(shù)在我國的應(yīng)用前景建筑熱能通風(fēng)空調(diào)2第 4 期10-1 8 黃奕沄等地源熱泵研究與應(yīng)用現(xiàn)狀制冷空調(diào)與電力機(jī)械00 （24)第期 6-109 曲云霞等地源熱泵及其應(yīng)用分析可再生能源200 第期7 10 王勇地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析建筑熱能通風(fēng)空調(diào)2 1 第 5 期 12-1 1張燁低溫地板輻射采暖的可行性分析能源研究與利用202 第 5 期 -3612于慧俐茅清希低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析建筑熱能通風(fēng)空調(diào)00 第 2 期 810 3 朱賽鴻低溫地板輻射采暖技術(shù)及在住宅中應(yīng)用的可行性分析河北工業(yè) 大學(xué)學(xué)報00(30 ）第期94-971 張安詩等住宅低溫地板輻射采暖的技術(shù)分析煤氣與熱力202 年(22)第 4 期 35-3601