低温地热水源热泵供暖技术[1]

煤气与热力第24卷　第10期Vol.24　No.10

2004年10月Oct.2004Gas&Heat

文章编号:1000-4416(2004)10-0567-03

低温地热水源热泵供暖技术

刘雪玲1,李　宁2

(1.天津大学地热中心,天津300072;2.沧州市锅炉压力容器检验所,河北沧州061001)

摘要:介绍了采用浅层地下水的水源热泵供暖的工程实例,分析了热泵供暖的经济性。利用热泵供暖有明显的经济及环保效益。

关键词:热泵;水源热泵;供暖;经济分析;浅层地热中图分类号:TU995　　　文献标识码:B

Heat2supplyTechnologyofWater2Heatwith

Low2temperatureG1,(1.University,Tianjin300072,China;

2.fandPressureVesselInspection,Cangzhou061001,China)

Abstract:Anengineeringexampleofheat2supplyusingwater2sourceheatpumpofshallowgroundwaterisin2troduced.Theeconomyofheat2supplywithheatpumpisanalyzed.Theheat2supplyusingheatpumphascleareconomicandenvironmentbenefits.

Keywords:heatpump;water2sourceheatpump;heat2supply;economicanalysis;shallowgeothermalenergy

0　引　　言

地热资源是一种清洁能源。就目前的利用方式来说,其成本较高,而且技术难度较大。通过钻深井寻找地热资源是不经济的。作为浅层地热利用的水源热泵技术,是利用浅层低品位地层能源的一种有效方式,也是国际上近几十年才发展的环保、节能高新技术[1]。

目前浅层地热在美国、加拿大、日本、瑞士和西欧各国得到广泛的应用,而我国对浅层地能的利用刚刚起步。热泵技术充分利用地壳表层土壤中的可再生低温地热,通过消耗少量的电能,对室内进行供暖或制冷。该技术占地面积小,污染少,成本低,环境清洁,达到环保节能效果。

1　水源热泵工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水如地下

水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术[2]。地热作为水源热泵的冷热源,冬季把地热中的热量取出来,供给室内供暖,此时地热为热源;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地热为冷源。

水源热泵机组主要包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀。其中压缩机起着压缩和输送工质的作用,把工质从低温低压处压缩并输送到高温高压处,是热泵系统的心脏;蒸发器是吸收热量或输出冷量的设备,作用是使经节流阀流入的工质蒸发,以吸收被冷却物体的热量,从而达到制冷的目的;冷凝器是

Ξ收稿日期:2003-12-15

),女,河北平山人,助教,硕士,主要从事地热及传热传质方面的研究。　　　　作者简介:刘雪玲(1977—

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输出热量的设备,从蒸发器中吸收的热量连同压缩

机耗功所转化的热量在冷凝器中传给制热介质,达到制热的目的;膨胀节流阀对循环工质起到节流降压的作用,并调节进入蒸发器的循环工质的流量。

通过从冷凝器提取高温位热量制热和通过蒸发器提取低温位冷量制冷,实现制热和制冷2种运行工况。其中在冬季热泵供暖时,是以水为热源把水中的热量取出来,提高温度后,用作室内供暖;在夏季热泵制冷时,是以水为冷源把室内的热量取出来,释放到水中去。

目前常用的水源热泵是从13～18℃的水源中提取热(冷)量,采用R22工质,制热工况时输出45～55℃的热水,制冷工况时输出7～12℃的冷水,用于空调系统。热泵供暖、制冷系统见图1,2

。

下水作为热泵的热源,热泵直接从浅层地下水中提

取热量,供给45℃左右的热水,用于供暖系统,供暖系统末端采用三速开关控制的风机盘管。2.1　技术参数

机组运行时间为7:00—17:00。自2002年10月22日至2003年3月20日(周末双休日及节假日机组停机),每天每隔2h观测并记录系统运行数据。主要记录参数有室内外温度、抽水和回灌水的温度、流量、供水温度、回水温度。室内外温度的记录采用温度计,最小分值为±1℃;供回水温度及抽水与回灌水温度来自水源热泵数字仪表显示,最小分值达±0.1℃;流量用流量指示积算仪配以涡轮流量计来测量。

根据现场实测数据,、抽水井和回35)

。

图1　

低温水源热泵供暖系统

图3　

室内外温度变化曲线

图4　抽水和回灌水的温度变化曲线

图2　低温水源热泵制冷系统

2　工程实例

天津某大厦要求冬季供暖夏季制冷的总面积为

12000m2。地热井采用1采1灌两口井,同时还有1口备用井,共3口井,井深均为400m。利用浅层地

从图3可以看出,供暖期内室外温度约为-10℃～+10℃,室内温度基本稳定在22.3℃左右,因此,室内温度能够满足供暖要求。2.2　经济性分析

运行费用包括能耗(电费和水费)、人工管理

第10期　　　　　　　　　　　刘雪玲等:低温地热水源热泵供暖技术・569・

3　效益分析

由表1,2可以看出,利用热泵直接供暖的运行

费用较低,热泵通过消耗高品位的电能,把热量从低温热源转移的高温室内环境中,即热泵消耗少量的高品位电能,将产生4倍的低品位热能,能量转化效率很高。而燃油、燃气锅炉供暖时,消耗的是一次能源,燃烧效率和锅炉效率都不可能是100%,热损失较大。所以从能量转化的角度来看,热泵是一种高效的设备。但是从目前热泵、燃油锅炉、燃气锅炉的固定投资来看,热泵的初投资较大,从而造成热泵供暖的成本较高。但是由于热泵供暖的运行费用低,几个供暖期所节省的运行费用也可以抵消初投资多投入的费用。,投,势,,也会影响热泵的推广应用。

从环保节能效益来看,水源热泵不消耗一次能源,没有任何污染,是一种节能、环保型的供暖方式。另外热泵供暖和制冷装置无压力设备、无燃烧、无爆炸的危险,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,取消了锅炉房、储煤场、堆灰场、消烟防尘设施等,且不用远距离输送热量。

图5　抽水井和回灌井的流量变化曲线

费、维修费、折旧费[3]。该系统采用1采1灌,免收

水费,能耗主要费用是电费。由于该系统兼顾夏季空调,初投资的50%计入空调系统。表1为该系统1个供暖期的成本分析。

表1　低温地热水源热泵1个供暖期的成本分析

序号

123456

项　　　　目

电费[0.6元/(kW・h),241560kW・h]人工管理费[2个人,5/(月)]

折旧费(按15年折旧)维修费(初投资×1.8%)

企业管理费[(1+2+3+4)×2.5%]总成本(1+2+3+4+5)

成本费/元

×10480×1046.75×1042.70×1040.62×10436×104

2.3　与燃油、燃气锅炉的比较

4　结　　语

热泵是节能、环保的设备,虽然目前热泵供暖的

成本还比较高,但是因节约了一次能源,环境效益很显著,所以热泵供暖已经成为一种趋势。参考文献:

热泵

241560kW・h0.6元/(kW・h)14.49×104元0.80×104元15.29×104元12.8元/m

燃油、燃气锅炉的效率按80%计算,分别使用

燃油、燃气锅炉和低温地热水源热泵供暖,某公司1个供暖期的运行费用(不含设备折旧和维修费用)列于表2。

表2　1个供暖期的运行费用比较

名　　称能源需求量能源价格能源费用人工管理费运行费用运行成本

天然气

9.32×104m32.5元/m323.3×104元0.80×104元24.1×104元20.1元/m

轻柴油

77.9×103kg3.0元/kg23.4×104元0.80×104元24.2×104元20.2元/m

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注:天然气低热值为38.64MJ/m3,轻柴油热值为46.20MJ/kg。

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