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地源热泵系统:无污染的供暖制冷技术

2013-11-13  来源:国际节能环保网 浏览次数:424

随着供暖季的来临,这一话题又刺激着每个人的神经:冬季供暖锅炉是空气中污染物的重要“贡献”者。北方城市每年供暖季所消耗的煤炭产生的二氧化碳有310多万吨,粉尘12000多吨,这些有害气体和粉尘无时无刻都在影响着人们的生活。

不过,现在有这样一种供暖方式,不用烧煤、不用烧天然气,也不用烧电,而且不产生任何有害物质。这是一种什么样的供暖形式?

这就是地源热泵系统,实际上,不仅是冬天供暖,同时还兼具夏季制冷的功能。更重要的是,与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比,这个系统具备数量巨大、可再生和不污染环境三大要素和清洁、环保、就地取用等优势。

近年来,随着地热能源开发的深入应用,地源热泵系统相关技术产品日渐成熟,越来越多的开发系统开始应用到社会生活当中。业内人士预计,地热能源开发已进入快速发展的起步阶段。日前,记者专访了空调制冷市场专家杨建强,对地源热泵系统进行了深入了解。

无污染的供暖制冷技术

地热资源,是指在当前经济技术条件下,地壳内可供开发利用的地热能、地热流体及其有用组成部分,是一种清洁能源。与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比,具备数量巨大、可再生和不污染环境三大要素和清洁、环保、就地取用等优势。

地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,其工作原理是利用地下浅层地热资源。在冬天,把浅层地温的热量转移到需要供热和加温的地方,达到供暖的效果;在夏天,将室内的余热转移到低位热源中,达到降温和制冷的目的。按照中国目前的发展来讲,分为土壤源热、地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵四大类。

地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式和水—空 气式。三个系统之间靠水或空气这两种换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间的换热介质为水,与建筑物采暖空调末端之间的换热介质可以是水或空气。

在制冷状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,使其进行汽—液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒 中,在冷媒循环的同时,再通过冷凝器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至 地下的过程中,通过风机盘管,以13℃以下的冷风形式为房间供冷。

在供暖状态下,压缩机对冷媒做功,并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量,通过冷凝器内冷媒的蒸 发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝,由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的 过程中,以35℃以上热风的形式向室内供?暖。

“首先就是高效节能、稳定可靠。”杨建强表示,地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,土壤与空气温差一般为17℃,冬季比环境空气温 度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统的运行效率要高40%?60%,因此可以节能和节省运 行费用40%?50%左右。以一栋1万多平方米的普通办公楼为例,传统中央空调一年运行下来,要花90多万元的运行费用,而地源热泵空调系统只需要50万 元。“最重要的是它集供暖、制冷、生活热水于一身,只需要一套设备,就可以同时在冬季供暖、在夏季制冷。”

另外很重要的一点是,地源热泵空调系统无环境污染。地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,真正地实现了节能减排。

“地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣,是一种理想的‘绿色空调’,被认为是目前可使用的对环境最友好和最 有效的供热、供冷系统。”据杨建强介绍,该系统无论严寒地区或热带地区均可应用,可广泛应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等 领域。

上海虹桥火车站是全国第一个大面积使用深井式地源热泵机组制冷的火车站。热泵机组中央空调系统的制冷原理是以电为动力源(600405,股 吧),以水为媒介,进行冷热交换。虹桥站7台热泵制冷机组中,有3台是地源热泵制冷机制,与其他4台冷却塔热泵制冷机组相比,地源热泵制冷机组用电量较 少,后者功率是800千瓦,比前者省电30%以上。

据相关数据统计,虹桥站今年7月份的单位客运建筑面积能耗只有2千克标准煤/平方米,旅客人均能耗是0.126千克标准煤/平方米,均仅为上海火车站的一半左右。

千亿市场投资

地热资源具备数量巨大、可再生和不污染环境三大要素以及清洁、环保、就地取用等优势,近年来,其开发、利用受到全球的青睐。据数据显示,在世界地热大会上,参加报告地源热泵利用的国家,从2000年的26国增加到2010年的43个国家。

Navigant研究机构最新报告称,地热源热泵系统全球总收入将从2013年的65亿美元增至2020年的172亿美元。杨建强认为,热泵将成为直接使用地热的主要形式,将占到整个应用量的84%,其他应用包括生活用热水、泳池和区域供暖。

中国最初的地源热泵工程应用,以北京起步最早、发展最快。伴随地源热泵工程应用的快速增长,中国地源热泵生产企业迅速发展。截至2012年,中国生产热泵机组的厂商已发展至超过200家,分布在山东、北京、深圳、大连、杭州、苏州、广州等地。

除热泵主机外,热泵相关配件和PE管线等的生产厂家还有100多家。国外知名品牌的热泵公司也陆续登陆中国,建立生产基地或合资企业,产品就地供应中国市场。

目前,我国地源热泵技术的建筑应用面积已超过1.4亿平方米,全国地源热泵系统的年销售额超过80亿元,并以20%以上的速度增长,单体地源热泵系统应用面积高达80万平方米。

从地源热泵主机市场来看,2010年,我国地源热泵主机市场规模约为25亿元,同比增长31%左右,增幅为近年来最大;到2011年,市场规模达到31亿元,同比增长23%左右;2012年,市场规模增加至33亿元左右。

作为可再生清洁能源,地热能已纳入“十二五”能源规划。国家初步计划在未来5年,完成地源热泵供暖(制冷)面积3.5亿平方米,按每平方米200?300元的投资强度,总投资金额可达700?1050亿元。

杨建强告诉记者,近年以来,我国政府对此给予了政策和资金上的大力支持。一方面是政策性的支持,如《可再生能源法》《节约能源法》中都对行业扶 持有所规定,有具体给予补助的实施条例,还有中长期能源发展规划目标。今年年初,国家能源局、财政部、国土部和住建部联合发布了《促进地热能开发利用的指 导意见》,给地热能这一新能源的开发利用拓宽了政策空间。另一方面是公益性的扶持,例如,国土资源部布置各地开展浅层地热能的资源评价,划出地源热泵的适 宜开发区和较适宜开发区,以避免用户的风险损失。

值得注意的是,地源热泵系统并非“用了就节能”,运行管理水平的高低直接决定了系统的质量和效率。而且,地源热泵空调的运行在一般情况下与传统 中央空调并不雷同,地源热泵系统属于“慢性子”,它有其自身特点,如果对运行管理环节不进行钻研,而是按自己的想象提取冷热,就很难达到使用要求。

杨建强指出,对于地源热泵的推广,一定要尊重科学、严格论证,因地制宜地制订科学、高效的系统应用方案。推广地源热泵要充分考虑中国的国情、气候条件、能源结构、能源比价、人民的生活水平和政府政策等。

 
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