地表水源熱泵能源系統(tǒng)能效優(yōu)化應(yīng)用研究

郭玉奇

摘 ? ?要：地表水源熱泵每年利用暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)前的地表水體中蓄積的太陽(yáng)能資源，這是一種清潔的、可再生的能源。早在1930年代，瑞士蘇黎世的第一個(gè)歐洲大型熱泵就開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，并以水作為熱源。在日本，1980年代以來(lái)為了利用地球水、污水、地下水等而建造或建造的大型熱泵面積有33個(gè)。近年來(lái)，我國(guó)地?zé)崴孟到y(tǒng)的后續(xù)研究越來(lái)越重視可再生能源在建筑中的應(yīng)用，通過(guò)大規(guī)模的國(guó)家節(jié)能政策和資本促進(jìn)，廢水和水凈化系統(tǒng)迅速增加。

關(guān)鍵詞：地源熱泵;節(jié)能潛力;應(yīng)用

1 ?引言

在實(shí)際應(yīng)用支持熱泵技術(shù)的過(guò)程中，必須最大限度地結(jié)合該地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境，做出最科學(xué)合理的選擇。尤其要更加關(guān)心地下水比較豐富的地區(qū)。該地區(qū)建設(shè)工藝進(jìn)一步復(fù)雜，不斷改進(jìn)施工技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)支護(hù)熱泵技術(shù)的應(yīng)用。

2 ?地源熱泵的應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）早在1912年，朱莉就在瑞士首次引入了地?zé)岜玫母拍?。?）地?zé)崮鼙玫幕纠碚撗芯渴加?0年代后期和50年代。1948年引入的熱源熱交換理論和1954年引入的熱源熱計(jì)算方法是迄今為止對(duì)熱交換器物理性能進(jìn)行測(cè)試的最重要的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。（3）70年代和80年代，美國(guó)一些大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始全面應(yīng)用源熱泵。（4）1990年代泉水的新階段。1980年代以來(lái)，1997年中國(guó)能源氣泵研究與美國(guó)能源部合作，通過(guò)能源效率和可再生能源帶動(dòng)了中國(guó)燃油泵應(yīng)用的發(fā)展。我國(guó)國(guó)內(nèi)熱泵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用目前進(jìn)展迅猛。2006年至2008年，源熱泵的使用總量是過(guò)去的四倍。2008年，我國(guó)地面熱泵系統(tǒng)中建筑物總面積超過(guò)1億平方米。2015年1月，國(guó)家能源局委托地?zé)崮茉囱芯恐行牡責(zé)崮茉囱芯恐行牡膰?guó)際節(jié)能能源研究機(jī)構(gòu)研究淺層工業(yè)發(fā)展，目的是制定"15"國(guó)家能源發(fā)展計(jì)劃。初步結(jié)論是，在“15”期間，全球變暖已重新劃定1.9億平方米。地?zé)崮鼙醚a(bǔ)充7.5億平方米，現(xiàn)有地?zé)崮茉黾?.5億平方米，加上價(jià)值1.25億平方米，2020年全球變暖1.45億平方米。

3 ?地源熱泵建筑應(yīng)用項(xiàng)目能源管理平臺(tái)的現(xiàn)狀

60年代，西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家和日本人開(kāi)始研究電源管理制度。日本分公司的世界第一個(gè)電源管理中心在電源管理方面相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗梢詫?shí)時(shí)收集和提供第二個(gè)電源使用的數(shù)據(jù)。隨著電源管理系統(tǒng)的發(fā)展，不再滿足于簡(jiǎn)單收集和部署能耗的價(jià)值，電源管理系統(tǒng)現(xiàn)在將重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)收集和處理上，以分析能耗信息，并利用這些信息為系統(tǒng)用戶提供優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和提高能效的適當(dāng)建議。近年來(lái)，各行各業(yè)（石油、航空航天、醫(yī)療保健、辦公大樓、化學(xué)等）的電源管理系統(tǒng)都出現(xiàn)了）快速發(fā)展。應(yīng)用電源管理系統(tǒng)給這些行業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)，我們還加強(qiáng)了對(duì)建立能源管理系統(tǒng)的關(guān)注。2006～2008年國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)收集和處理了關(guān)于世界風(fēng)能的數(shù)據(jù)，從而加快和加快了風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展。2012年，中國(guó)新娘出臺(tái)了行業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃，制定了能源管理規(guī)劃。電源管理系統(tǒng)主要利用自動(dòng)化、信息技術(shù)和集中管理模式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字管理各個(gè)方面的能耗。這也反映了電源管理在每個(gè)國(guó)家的重要性。

4 ?地源熱泵節(jié)能應(yīng)用策略

4.1 ?地源熱泵技術(shù)的主要應(yīng)用形式

根據(jù)熱源，地下水源熱泵供暖系統(tǒng)分為地下水源、地表源和土壤源3種。 土壤熱泵技術(shù)實(shí)際上是以水為工作介質(zhì)，在土壤中的傳熱管與熱泵裝置之間反復(fù)流動(dòng)，完成設(shè)備與土壤之間的熱交換。 根據(jù)填筑地的管道方法，可以分為水平和垂直兩種模式，這是目前比較常見(jiàn)的地下熱源熱泵形式，這兩種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中無(wú)需抽水。 地下水源熱泵實(shí)際上作為地下水的熱源發(fā)揮作用，提取地下水，輸送到熱交換器和熱泵設(shè)備，提取熱量后返回地面。 在做這項(xiàng)工作之前，必須以此種方法充分使用地下水為前提，向當(dāng)?shù)卣挠嘘P(guān)部門(mén)申請(qǐng)批準(zhǔn)。 地表水熱泵技術(shù)也將地表水作為冷熱源利用，排出水后，使用熱循環(huán)或廢循環(huán)模式進(jìn)行熱交換處理。 開(kāi)環(huán)提取后可以直接進(jìn)行熱交換，閉環(huán)可以在指標(biāo)數(shù)和熱交換器之間進(jìn)行熱交換。 基地水源的應(yīng)用方式不同，支持熱泵主要分為閉環(huán)和開(kāi)環(huán)兩種模式，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)直接使用外部水源作為介質(zhì)，利用板式熱交換器和外部水進(jìn)行熱交換。 閉環(huán)系統(tǒng)的熱交換器與外部的水和土壤不相通，所以在閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換。

4.2 ?空調(diào)方案

為了持續(xù)提高暖氣的工作效率和能源利用率，必須不斷優(yōu)化空調(diào)的操作方案。 設(shè)計(jì)空調(diào)時(shí)必須滿足消防室和電梯室的相關(guān)要求。 此外，還需要在所有其他方面充分滿足空調(diào)集中化方案。 暖通方案與一般設(shè)計(jì)方案之間存在很大差異，尤其是地下熱源熱泵空調(diào)的末端清晰，熱交換器占據(jù)了最大核心，最大限度地結(jié)合了建設(shè)項(xiàng)目的具體規(guī)模，最科學(xué)合理地確定了埋管的鉆孔數(shù)量和長(zhǎng)度，同時(shí)還確定了鉆孔工具 此外，還需要對(duì)HVAC的傳熱性能進(jìn)行測(cè)試，嚴(yán)格計(jì)算HVAC施工范圍內(nèi)鉆頭的換熱情況，以更好地理解鉆頭單元的傳熱能力。 通常，選擇雙u熱交換器，鉆頭數(shù)與鉆頭數(shù)=（1000×埋設(shè)管熱負(fù)荷）/（現(xiàn)場(chǎng)熱交換性能測(cè)定單位鉆頭深度×鉆頭深度）一起計(jì)算，正確計(jì)算總供熱需求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和過(guò)去的成功經(jīng)驗(yàn)，合理確定鉆井間隔、直徑、深度和深度等各種參數(shù)，利用鉆井周?chē)G地時(shí)，設(shè)計(jì)梅花形狀，可最大限度地保證與冷氣室相關(guān)的水壓公平性。 分支瀏覽器可以通過(guò)墻壁進(jìn)入機(jī)房的集水和噴水。 我國(guó)目前正在對(duì)空調(diào)熱回收技術(shù)進(jìn)行大量研究，利用熱回收裝置，有效地集中冷卻水的熱，應(yīng)用于生活熱水和生產(chǎn)過(guò)程，有效利用熱，大大減少了空調(diào)熱污染，取得了很大成果。

4.3 ?運(yùn)行冷卻塔的策略

（1）對(duì)工作設(shè)備進(jìn)行最科學(xué)合理的選擇時(shí)，選定的冷卻塔滿足項(xiàng)目的實(shí)際需要，有效地彌補(bǔ)系統(tǒng)范圍的散熱和熱制造的差異，同時(shí)盡量選擇大的冷卻塔，避免浪費(fèi)。 輔助冷卻塔設(shè)計(jì)散熱= （設(shè)計(jì)的總冷卻能力-總設(shè)計(jì)列）/2×冷卻月。 （2）制定科學(xué)合理的啟發(fā)戰(zhàn)略的冷卻塔地源熱泵系統(tǒng)的停止啟動(dòng)戰(zhàn)略在相同的操作環(huán)境下也有很大不同。 建議1以埋設(shè)管道的地下熱源熱泵為主要的傳熱方式，使用充分埋設(shè)的管道向凝汽器輸送熱水。 當(dāng)水溫達(dá)到一定的基準(zhǔn)時(shí)，地下熱源熱泵的熱負(fù)荷達(dá)到自己的峰值的說(shuō)明也必須在這個(gè)時(shí)候啟動(dòng)冷卻塔。 方案2使用埋置管道將熱水轉(zhuǎn)移到復(fù)水器后，必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)室外溫度和水溫的差。 否則，有必要啟動(dòng)冷卻塔進(jìn)行輔助冷卻處理。 方案3定期開(kāi)放冷卻塔，每年數(shù)個(gè)月。 根據(jù)過(guò)去幾年的經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃1和計(jì)劃2的比較提供了更大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民生活水平的大幅提高，能源消費(fèi)也在加速。 建筑能源消費(fèi)在社會(huì)全體的能源消費(fèi)中占有很大的比重，提高建筑能源使用效率是很重要的。 地源熱泵是可再生能源系統(tǒng)應(yīng)用的重要組成部分，也是節(jié)約建筑能源的重要手段，受到國(guó)家宣傳。

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