空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

5.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的途徑類別空調(diào)系統(tǒng)型式空調(diào)輸送方式集中空調(diào)方式全空氣系統(tǒng)定風(fēng)量方式變風(fēng)量方式(即VAV系統(tǒng))分區(qū)、分層空調(diào)方式空氣誘導(dǎo)方式冰蓄冷低溫送風(fēng)方式空氣-水系統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)加風(fēng)機盤管機組誘導(dǎo)機組系統(tǒng)全水系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)冷熱水機組加末端裝置分散空調(diào)方式直接蒸發(fā)式單元式空調(diào)機加末端設(shè)備(如風(fēng)口)分體式空調(diào)器即VRV系統(tǒng)窗式空調(diào)器輻射板式輻射板供冷加新風(fēng)系統(tǒng)輻射板供冷或供熱表主要空調(diào)方式

5.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的途徑空調(diào)節(jié)能當(dāng)前研究方向：空調(diào)設(shè)備低能耗和高效率研究，包括能量回收設(shè)備，空氣處理設(shè)備的節(jié)能以及綜合利用。蓄冷系統(tǒng)研究?？照{(diào)方式綜合措施研究?？照{(diào)系統(tǒng)運行的節(jié)能。集中式空調(diào)節(jié)能途徑集中式空調(diào)是由集中冷熱源、空氣處理機組(又稱組合式空調(diào)機組)、末端設(shè)備和輸送管道所組成?？照{(diào)設(shè)備節(jié)能措施：1.機組風(fēng)量風(fēng)壓匹配，選擇運行最正確經(jīng)濟點運行，要求生產(chǎn)廠生產(chǎn)風(fēng)機噪聲低、效率高。2.機組整機漏風(fēng)要少，3.空氣熱回收設(shè)備的利用。4.盡量利用可再生熱源如太陽能、地?zé)帷⒖諝庾陨砉├淠芰Φ取?.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的途徑低溫送風(fēng)空調(diào)方式

項目低溫送風(fēng)方式常規(guī)空調(diào)方式送風(fēng)溫差(℃)10～208～10送風(fēng)溫度(℃)3～1110～15空調(diào)機組尺寸減少比例(％)20～300風(fēng)管尺寸減少比例(％)30O風(fēng)機功率減小(％)30～50O表低溫送風(fēng)與常規(guī)空調(diào)方式比較

方案12345項目系統(tǒng)型式全空氣全空氣全空氣空氣—水空氣—水無蓄冰部分蓄冰全蓄冰部分蓄冰全蓄冰送風(fēng)溫度（℃）12.84.44.44.44.4一次風(fēng)風(fēng)量(m3／h)14746084100841003168031680蓄冰量（%）—4610046100用電時間晝夜晝夜晝夜晝夜晝夜高峰制冷量(kW)930490390890450390840高峰空調(diào)用電量(kW)

制冷／水系統(tǒng)284/115/10717/292102/10725/292空氣分布系統(tǒng)1371011015959白天總耗電量(kW)42121611816184年空調(diào)電費相對值10.70.690.490.53系統(tǒng)初投資相對值10.971.180.891.06表幾種低溫送風(fēng)方式方案比較一、空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的能耗區(qū)別與其他能耗的特點是：〔1〕空調(diào)系統(tǒng)所需能源品位低，且用能有季節(jié)性；〔2〕系統(tǒng)同時存在需要冷〔熱、濕〕量和放出冷〔熱、濕〕量的過程；〔3〕設(shè)計和運行方案的不合理會給系統(tǒng)帶來多種無效能耗。主要從以下幾個方面進行：〔一〕空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法〔二〕空調(diào)設(shè)計中采用局部負(fù)荷分析〔三〕建筑設(shè)備的自動化系統(tǒng)能源室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)

室外空氣量

空調(diào)方式

圖全年負(fù)荷的時間頻率圖

5.2.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法空調(diào)系統(tǒng)能源的有效利用，使用太陽能、地?zé)崮芎蜔峄厥盏确绞竭M行供熱制冷。合理降低室內(nèi)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)。室外空氣量的控制：冬夏采用最小新風(fēng)比，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)。根據(jù)室內(nèi)人員的變化，增減室內(nèi)新風(fēng)量，采用全熱換熱器，減少新風(fēng)冷熱負(fù)荷，在預(yù)冷預(yù)熱時停止取用新風(fēng)。空調(diào)方式：空調(diào)系統(tǒng)合理分區(qū)，采用適宜的高效空調(diào)系統(tǒng)；加大送風(fēng)溫差，變流量，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，降低風(fēng)道風(fēng)速，減少系統(tǒng)阻力，采用額定負(fù)荷和局部負(fù)荷效率高的冷、熱源設(shè)備，熱泵回收系統(tǒng)，蓄冷裝置，計算機自動控制，降低運行費用。室內(nèi)照明適當(dāng)降低照度，充分利用日光照明，考慮頂棚照明的排熱利用。維護管理。主要優(yōu)點：根據(jù)各分區(qū)負(fù)荷變化自動調(diào)節(jié)送風(fēng)參數(shù)，沒有冷熱抵消現(xiàn)象。設(shè)備容量較小。自控系統(tǒng)偏于實現(xiàn)中央監(jiān)控和調(diào)節(jié)。過渡季節(jié)充分利用新風(fēng)冷卻代替人工制冷。智能全自動控制裝置可以實現(xiàn)非工作時間風(fēng)機低速節(jié)電運行。冷凍水管和凝水管不必進入建筑吊頂，防止管道滲漏，外表結(jié)露問題。自控系統(tǒng)包括：送風(fēng)閥調(diào)節(jié)，電動水閥調(diào)節(jié)，冬季加濕控制，新風(fēng)量節(jié)能調(diào)節(jié)，投資比風(fēng)機盤管加新風(fēng)方式高40%左右，與變風(fēng)量空調(diào)方式比低很多。概述高大空間建筑中，空氣的密度隨垂直方向的溫度變化而呈自然分層現(xiàn)象，利用合理的氣流組織，可做到僅對下部工作區(qū)進行空調(diào)，上部不空調(diào)或通風(fēng)排熱，稱為分層空調(diào)?？晒?jié)省冷負(fù)荷30%左右。冷負(fù)荷計算：空調(diào)區(qū)得熱形成冷負(fù)荷，非空調(diào)區(qū)向空調(diào)區(qū)的熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷。氣流組織計算：設(shè)計要點包括氣流流型，送風(fēng)口安裝高度，送風(fēng)參數(shù)，對噴射流上邊界搭界位置，射流溫度衰減。系統(tǒng)的選擇根底知識應(yīng)用前景目的：平衡冷量的供給，提高制冷設(shè)備效率，降低供冷本錢。應(yīng)用場合：用冷量波動、間歇供冷、制冷機與用冷量不匹配。商場、劇院、寫字樓。電網(wǎng)負(fù)荷白天與深夜有很大的峰谷差調(diào)節(jié)發(fā)電能力調(diào)節(jié)用戶負(fù)荷一次性投資高蓄能成本高效率低蓄冷空調(diào)技術(shù)十三陵抽水蓄能電站，投資27億元，填補頂峰負(fù)荷時發(fā)電本錢為1.3元/KWh，是常規(guī)電價的2.5倍。至1998年，日本已有蓄冷空調(diào)系統(tǒng)5566個，其中水蓄冷系統(tǒng)2249個，冰蓄冷系統(tǒng)3317個。至2000年，我國轉(zhuǎn)移1～1.2×104MW峰負(fù)荷到低谷使用，其中3～5×103MW要依靠蓄冷空調(diào)解決。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)根本原理負(fù)荷變化大，制冷主機需滿足最大負(fù)荷，且留備用量。大多數(shù)時間不是滿負(fù)荷工作，效率低。用電頂峰期，電價貴。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)根本原理常規(guī)空調(diào)供冷循環(huán)蓄冷循環(huán)聯(lián)合供冷循環(huán)〔局部負(fù)荷蓄冷〕單蓄冷供冷循環(huán)〔全負(fù)荷蓄冷〕設(shè)計根本步驟確定典型設(shè)計日的空調(diào)負(fù)荷選擇蓄冷方式確定制冷主機和蓄冷裝置的容量確定運行策略和設(shè)計系統(tǒng)循環(huán)流程選擇配套設(shè)備：循環(huán)泵、換熱器、閥門及膨脹水箱計算蓄冷期和供冷期的制冷負(fù)荷(蓄冷負(fù)荷)與供冷負(fù)荷逐時運行圖經(jīng)濟分析蓄冷劑選擇原那么溫度條件：蓄冷空調(diào)相變材料最正確的融點和凝固點在5～6℃〔共晶鹽〕熱物性條件經(jīng)濟性條件：來源廣泛，廉價。環(huán)保條件：無毒、無腐蝕、無污染。蓄冷設(shè)備分類類型蓄冷介質(zhì)蓄冷流體取冷流體顯熱式水蓄冷水水水潛熱式冰盤管（外融冰）冰或其他共晶鹽制冷劑水或載冷劑載冷劑冰盤管（內(nèi)融冰）冰或其他共晶鹽載冷劑載冷劑制冷劑制冷劑封裝式冰或其他共晶鹽水水載冷劑載冷劑片冰滑落式冰制冷劑水冰晶式冰制冷劑載冷劑載冷劑1冷噸＝3023大卡＝3.517KW水的蓄冷溫度為4－6℃冰的蓄冷溫度為0℃，制冷機應(yīng)提供－3～－7℃的溫度融解或凝固溫度5～8℃融解潛熱大，熱導(dǎo)率大密度大無毒，無腐蝕盤管式蓄冰裝置蓄冷過程取冷過程：外融冰；內(nèi)融冰。外融冰：空調(diào)回水與冰直接接觸，換熱效果好，取冷快，供水溫度可低達1℃；IPF不大于50％，故蓄冰槽容積較大。；內(nèi)融冰換熱熱阻大，影響取冷速率。多采用細管、薄冰層蓄冷。蛇形圓形U形封裝式蓄冰裝置片冰滑落式蓄冰裝置冰晶式蓄冷裝置原理：通過冰晶制冷機將低濃度的乙二醇水溶液冷卻至低于0℃，然后，將此狀態(tài)的過冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0℃的冰晶。水蓄冷系統(tǒng)分層式隔膜式多池式冰蓄冷系統(tǒng)－根本系統(tǒng)根本串聯(lián)系統(tǒng)外融冰系統(tǒng)冰晶或冰漿系統(tǒng)思考題畫圖說明蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的四種根本運行工況。請寫出常用的蓄冷設(shè)備？解決蓄水槽中熱回水與冷水相混合的措施有哪些？一、概述二、熱泵的根本工作原理與評價1.工作原理熱泵的工作原理與制冷機相同，都是按熱機的逆循環(huán)工作的，所不同的是工作溫度范圍不同，使用的目的也不同。制冷機利用吸收熱量而使對象變冷，到達制冷的目的；而熱泵那么是利用排放熱量，向?qū)ο蠊?，到達制熱的目的。制冷機與熱泵的根本能量轉(zhuǎn)換關(guān)系熱泵裝置：從環(huán)境中吸取熱量，傳遞給高溫物體，實現(xiàn)供熱目的；制冷機：從低溫物體吸取熱量傳遞給環(huán)境中去，實現(xiàn)制冷目的；聯(lián)合循環(huán)機：從低溫物體吸熱，實現(xiàn)制冷，同時又把熱量傳遞給被加熱的對象，實現(xiàn)供熱目的。壓縮式制冷機工作原理圖在正常的大氣壓力下，水要到達100℃才能沸騰蒸發(fā)。而在低于大氣壓力〔即真空〕條件下，水可以在很低的溫度沸騰。比方說在6mmHg的真空條件下，水的沸點只有4℃。溴化鋰溶液就可以創(chuàng)造這種真空條件，因為溴化鋰(LiBr)是一種吸水性極強的鹽類物質(zhì)，可以連續(xù)不斷地將周圍的水蒸汽吸收過來，維持容器中的真空度。熱泵供熱系統(tǒng)原理圖1-壓縮機；2-冷凝器；3-節(jié)流機構(gòu)；4-蒸發(fā)器；5-地板輻射供熱；6-熱網(wǎng)的循環(huán)水泵；7-熱網(wǎng)；8-低溫?zé)嵩此难h(huán)泵；9-河水2.熱泵經(jīng)濟性的評價問題復(fù)雜，影響因素很多。包括：負(fù)荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設(shè)備價格、設(shè)備使用壽命、燃料價格和電力價格等?！肮?jié)能效果〞與“經(jīng)濟效益〞節(jié)能效果－制熱性能系數(shù)COP一般3～4左右經(jīng)濟效益評價－投資回收年限法Β：投資回收期〔年〕；I：熱泵系統(tǒng)所需的投資〔年〕；A：燃料價格〔元/J〕；QE：熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，年節(jié)約能量〔J/年〕。一般回收年限應(yīng)在3～5年內(nèi)初始投資少一機多用。一座建筑物要實現(xiàn)冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活熱水三項功能，如果采用傳統(tǒng)方式，一般需要安裝各自獨立的供暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)，有的還需再獨立安裝供熱水系統(tǒng)。而如果采用熱泵系統(tǒng)，安裝一套就可以了。投資工程少。安裝熱泵系統(tǒng)，不必再建燃料儲存場地和運輸燃料的通道，不必配備特殊的消防裝置，不必對配電系統(tǒng)做大規(guī)模的增容。綜合上述因素，熱泵系統(tǒng)具備了優(yōu)異的性能價格比，使用戶用較少的初始投資，得到較多的實惠。動態(tài)費用年值分析將參與比較方案的系統(tǒng)造價按資金的時間價值折算為每年的費用，并與年運行費用相加得出費用年值，從假設(shè)干方案中選取費用年值最小的作為最正確方案。f—費用年值，元/年； i—利率或標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部收益率，取0.08； m—經(jīng)濟壽命，取15年； Csys—造價〔初投資〕，元； c—年運行本錢，元/年。三、熱泵分類空氣源熱泵水源熱泵水環(huán)熱泵地源熱泵地表水熱泵地下水熱泵土壤源熱泵污水源熱泵1.空氣源熱泵〔Air-source〕以室外空氣為熱源；低溫?zé)嵩吹臏囟入S室外溫度的變化而改變。其制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，這與建筑熱負(fù)荷需求趨勢正好相反；在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作；當(dāng)室外空氣溫度低于熱泵工作的平衡點溫度時，熱泵就難以正常工作，減少了機組的換熱能力，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱；空氣源熱泵供熱量等于建筑耗熱量時的室外計算溫度水環(huán)熱泵系統(tǒng)是用水環(huán)路將小型水/空氣熱泵機組和能量采集裝置并聯(lián)在一起，為建筑物供熱、制冷。系統(tǒng)由室內(nèi)熱泵機組、水循環(huán)環(huán)路、其它設(shè)備〔如淺層地能采集裝置〕等構(gòu)成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。主要設(shè)備：小型水/空氣熱泵、循環(huán)水泵、水循環(huán)環(huán)路、能量采集裝置等。

2水

環(huán)

熱

泵水環(huán)熱泵系統(tǒng)夏季利用冷卻塔或地能將系統(tǒng)內(nèi)熱負(fù)荷排放掉，冬季那么將內(nèi)區(qū)的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱的外區(qū)，缺乏局部由輔助熱源〔電、燃氣、燃煤、熱水、蒸汽、太陽能〕供給。該系統(tǒng)適用于大型建筑物，特別是內(nèi)區(qū)冷負(fù)荷較大，而且冬季時內(nèi)區(qū)仍然需要供冷，而外區(qū)需要供熱的場合。工況和性能：水循環(huán)管路溫度：15~30oC供冷時COP可達3.5~4.3供熱時COP可達3.1~4.7地源熱泵的應(yīng)用只有近二十年的歷史。速度穩(wěn)步增長：如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45,000臺，到目前為止已安裝了400,000臺，而且以每年10%的速度增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)己占空調(diào)總量的19%，其中在新建筑中占30%。中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下埋管〔埋深<400米深〕的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。地源熱泵3.地下水源熱泵〔Groundwater-source〕地下水地源熱泵系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)：將地下水直接供給到每臺熱泵機組，經(jīng)換熱后將井水回灌到地下或直接定點排放。由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。閉式系統(tǒng)就是通過一個板式換熱器將地下水與建筑物內(nèi)的水系統(tǒng)分隔開，防止了建筑內(nèi)熱泵系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。地下水源熱泵系統(tǒng)又可分為兩種，一種為單井式系統(tǒng)，另一種為雙井式系統(tǒng)。單井式系統(tǒng)在取水井內(nèi)設(shè)置潛水泵，抽取地下水與地上系統(tǒng)換熱后直接排走，由于其不斷地大量抽取地下水而不能進行及時的補充，長期運行會導(dǎo)致地下水位下降，地面根底降等一系列地質(zhì)問題，所以已經(jīng)很少采用。雙井式系統(tǒng)分別設(shè)置取水井和回灌井，能在取水的同時向地下含水層補水，運行穩(wěn)定性和系統(tǒng)壽命大大提高。但由于含水層較深，顆粒細，滲透性能差，回灌水較困難。生活熱水系統(tǒng)由井口換熱器將地下水和熱泵系統(tǒng)循環(huán)水隔開。一定深度的地下水經(jīng)潛水泵注入井口換熱器放〔吸〕熱后，再返回同一口井中，形成循環(huán)。地下水在返回地下時直接與土壤〔砂石〕進行換熱，使地下水恢復(fù)至初始的溫度；由循環(huán)泵驅(qū)動二次循環(huán)水通過熱泵蒸發(fā)器〔冬季〕或冷凝器〔夏季〕與其內(nèi)部工質(zhì)進行熱交換，外部輸入電能對低位能量進行提升；由循環(huán)泵驅(qū)動末端循環(huán)水通過熱泵冷凝器〔冬季〕或蒸發(fā)器〔夏季〕與其內(nèi)部工質(zhì)進行熱交換，通過末端裝置與室內(nèi)環(huán)境進行熱〔冷〕交換，滿足建筑物冬季供暖或夏季制冷。井深：100m一口井：3000m2左右國家大劇院金四季購物中心金泰閣海淀外國語實驗學(xué)校工程特點：該?？傉嫉?40畝，共有9棟建筑。各建筑物相對分散，冷熱源機房設(shè)計表達了機房按冷熱負(fù)荷要求靈活布局的特點，采用分散冷熱源形式，機房面積小，無需其他輔助建筑。機房附近設(shè)置冷熱源井，外管線短,熱損失??；各機房獨立運行，調(diào)節(jié)靈活，運行費用低。運行實況：該系統(tǒng)于2001年9月投入運行，系統(tǒng)運行效果良好。北京市統(tǒng)計局對其進行了能耗測定分析，冬季供暖期為126天，建筑總耗電2072248度，其中供暖耗電量為2063283度，新風(fēng)耗電量為4600度，生活熱水耗電量為11693度。每平米建筑面積耗電量為31.73度。單位面積供暖費為14.29元/平米，生活熱水加熱費為5.23元/噸。電費：峰0.54，平0.54，谷0.2元/度海淀區(qū)政府大樓工程特點：該工程地上12層、地下3層，建筑容積率高，室內(nèi)采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。運行實況：該工程應(yīng)用集中式機房，設(shè)備利用率高，管理方便，運行費用低。該系統(tǒng)于2002年投入運行，系統(tǒng)運行效果良好。北京市統(tǒng)計局對其進行了能耗測定分析，冬季供暖期為126天，其中供暖耗電量為1819049度，新風(fēng)耗電量為457320度，生活熱水耗電量為10231度。單位面積供暖費為24.64元/平米〔含新風(fēng)〕，不含新風(fēng)的供暖費用為17.29元/平米。生活熱水加熱費為6.5元/噸。電費價格：峰0.67；平0.67；谷0.23元/度

當(dāng)然，應(yīng)用這種地下水熱泵系統(tǒng)也受到許多限制。首先，這種系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。因此在決定采用地下水熱泵系統(tǒng)之前，一定要做詳細的水文地質(zhì)調(diào)查，并先打勘測井，以獲取地下溫度、地下水深度、水質(zhì)和出水量等數(shù)據(jù)。地下水熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性與地下水層的深度有很大的關(guān)系。如果地下水位較低，不僅鉆井的費用增加，運行中水泵的耗電將大大降低系統(tǒng)的效率。存在問題1〕初期投資偏高：打井費用、機組費用、管道及控制設(shè)備的費用等。水井的單位打井費用是隨著井深的增加而增加的，因此對初投資影響很大。2〕受地質(zhì)條件的制約3〕對水源水有較為嚴(yán)格的要求：水量充足、水溫適度、水質(zhì)適宜、供水穩(wěn)定。水源水的水量必須能滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷負(fù)荷的需要。水源的水溫應(yīng)適合機組運行工況要求。水源的水質(zhì)，應(yīng)適宜于系統(tǒng)機組、管道和閥門的材質(zhì)，不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕損壞。另外水源系統(tǒng)供水具有長期可靠性，能保證水源熱泵長期和穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)冬季取抽水井的熱水取熱后回灌到回灌井中；而夏季那么抽取回灌井的低溫水，回灌到抽水井中。4〕受當(dāng)?shù)啬茉凑叩南拗频叵滤鳛閲覒?zhàn)略儲藏物質(zhì)，其利用更是受到國家、當(dāng)?shù)卣膰?yán)格控制。雖然總體來說，地下水源熱泵的運行效率較高、費用較低，但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同的地區(qū)不同需求的條件下，其投資經(jīng)濟性會有所不同。5〕井的老化：砂堵、腐蝕、膠結(jié)、巖化等。6〕回灌問題4.地表水熱泵地表水地源熱泵是利用江、河、湖、海的水作為熱源或熱匯的熱泵系統(tǒng)。這種熱泵系統(tǒng)要求具有足夠體積的地表水源可供使用而且地理位置便利。當(dāng)然，這種地表水熱泵系統(tǒng)也受到自然條件的限制。與空氣源熱泵相似，地表水源熱泵的熱源溫度受氣候的影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會降低。一定的地表水體能夠承擔(dān)的冷熱負(fù)荷與其面積、深度和溫度等多種因素有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進行計算。這種熱泵的換熱對水體中生態(tài)環(huán)境的影響有時也需要預(yù)先加以考慮。根據(jù)熱泵機組與地表水的連接式不同，地表水熱泵系統(tǒng)可分為開路和閉路兩種系統(tǒng)。在寒冷地區(qū)，開路系統(tǒng)并不適用，只能采用閉路系統(tǒng)?？偟膩碚f，地表水熱泵系統(tǒng)具有相對造價低廉、泵耗能低、維修率低以及運行費用少等優(yōu)點。5.土壤源熱泵〔Ground-source〕土壤熱源的特點土壤熱源和空氣熱源相比，具有如下特點：1〕土壤的蓄熱性能好。土壤的溫度變化較空氣溫度的變化有滯后和衰減的特點。這使得土壤作為熱泵的低位熱源與空氣源相比更能適應(yīng)負(fù)荷的變化，能與負(fù)荷較好的匹配，這對熱泵的運行是有利的。2〕土壤的熱容量大。土壤的溫度較空氣的溫度變化要穩(wěn)定，當(dāng)熱泵制熱工況運行時，土壤熱源的溫度要比空氣源的溫度高。從而使得在同樣的工況下，土壤源熱泵的性能系數(shù)更高。3〕土壤的熱流密度小。為20～40W/m2，一般為25W/m2。這就決定了當(dāng)土壤作為熱泵的單一低位熱源時，其承擔(dān)的負(fù)荷不宜太大，一般只用于負(fù)荷不大于1MW的場合。另外，土壤源熱泵有一定的面積要求。土壤的熱物性土壤是一個非均質(zhì)的，多相的，顆粒狀的多孔系統(tǒng)。自然界中的三相也在土壤中存在：固相，由土壤顆粒組成；液相，即為土壤空隙中的水與土壤的溶解物形成的土壤溶液；氣相，為土壤中的空氣。每種成分所占的比例影響影響土壤的熱物性。土壤的熱物性參數(shù)主要有：土壤的比熱、含水率、密度、孔隙率、導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)〔熱擴散系數(shù)〕等。其中土壤的含水量和密度對其導(dǎo)熱系數(shù)起著決定性的作用。土壤溫度土壤熱量來源于三個方面：太陽的輻射能、地球內(nèi)部向外輸送的熱量和土壤微生物分解有機質(zhì)所產(chǎn)生的熱量。對一般土壤來說，太陽輻射能是其熱量的主要來源，生物熱與地?zé)嶂皇窃谀承┨囟l件下才能發(fā)揮作用。土壤溫度是土壤熱量的表現(xiàn)形式。土壤熱量的根本來源既然是太陽輻射能，那么土壤溫度必然隨著太陽輻射能的變化而有相應(yīng)的變化。土壤表層日間增熱和夜間散熱，引起土壤溫度有明顯的日變化。由于土壤熱量是從地面逐步向下輸送，在不同的下層深處，由于受熱散熱的先后和程度不一，它們溫度變化的情況也不相同。一般規(guī)律是：1)表土的日最高溫出現(xiàn)在下午2時前后，最低溫出現(xiàn)在清晨6時，即日出之前；2)下層土壤最高溫與最低溫出現(xiàn)的時間落后于表土。下層土壤溫度變化不如表土大，在2米深處，土壤溫度的日變化消失；3)白天表層土溫高于下層，晚間下層土溫高于表層。埋管材料要求：較好的導(dǎo)熱性能、較高的強度和抗腐蝕性能、經(jīng)濟。50年代：金屬管，抗腐蝕性差。70年代后：塑料管，壽命50年。聚乙烯：高密λ=0.46-0.52W/(m.K)聚丁烯〔PB〕：λ=0.23W/(m.K)聚氯乙烯：硬質(zhì)λ=0.13-0.29W/(m.K)PVC：軟質(zhì)λ=0.13-0.17W/(m.K)各類地源熱泵優(yōu)缺點比較污水源熱泵①污水水質(zhì)的優(yōu)劣是污水源熱泵供暖系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵,因此要了解和掌握污水水質(zhì)以判斷其是否可作為低溫?zé)嵩?。同時,也要針對污水水質(zhì)的特點,設(shè)計和優(yōu)化污水源熱泵的污水/制冷劑換熱器的構(gòu)造,換熱器應(yīng)具有防堵塞、防腐蝕、防繁殖微生物等功能,通常采用水平管淋水式或浸沒式換熱器。②城市污水干渠(污水干管)通常是通過整個市區(qū),如果直接利用城市污水干渠中的原水作為污水源熱泵的低溫?zé)嵩?那么可節(jié)省輸送熱量的能耗,從而提高其系統(tǒng)的經(jīng)濟性。但同時應(yīng)注意:在取水設(shè)施中設(shè)置適當(dāng)?shù)乃幚硌b置(見圖),考慮利用原水余熱對后續(xù)水處理工藝的影響,如原水水溫降低過多將會影響市政曝氣站的正常運行。國外應(yīng)用情況國內(nèi)應(yīng)用前景根據(jù)“十五〞方案綱要要求,2005年城市污水集中處理率將到達45%,根據(jù)國務(wù)院2000年36號文件,2021年城市排水管道普及率和城市污水處理率分別到達90%和60%,城市污水排放總量為464億m3/a,城市污水二級處理將增加6.157萬m3/d。在污水資源化過程中如何回收和利用污水余熱是一項十分重要的任務(wù)。①

城市污水是一種巨大的低溫余熱源。北京地區(qū)以高碑店污水處理廠為例,其二級出水溫度在冬季為13.5～16.5℃,夏季為22～25℃;黃河以及長江流域污水處理廠的二級出水溫度為17～28℃；哈爾濱某藥廠污水溫度也在20℃左右,且在整個采暖期內(nèi)水溫波動不大,因此城市污水是水/水熱泵或水/空氣熱泵優(yōu)良的低溫?zé)嵩础１本┦信潘瘓F在高碑店污水處理廠開發(fā)了污水源熱泵試驗工程,利用熱泵裝置向300m2的車間和600m2的機房冬季供暖、夏季制冷,經(jīng)三年的運轉(zhuǎn)效果良好。繼高碑店污水源熱泵試驗工程后,北京市排水集團又在北京北小河污水處理廠安裝了一套規(guī)模更大的污水源熱泵,為該廠6000m2的辦公樓和廠房供熱與制冷。污水源熱泵的優(yōu)越性①城市污水排放量巨大,污水源十分豐富,如北京高碑店污水處理廠排放量為100萬m3/d,可解決500萬m2建筑物的供熱供冷問題。②與地下水源熱泵相比,既可省掉打井費用,又不需要抽水與回灌所需的動力,也可防止出現(xiàn)由于回灌不當(dāng)而引發(fā)的地下水資源的破壞問題。③顯示出較好的經(jīng)濟效益。北小河污水處理廠原采用燃煤鍋爐供暖,運行費用