地源熱泵、燃氣、燃煤、空氣源熱泵對比及分析
未知
2022-01-31 00:23:20
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一、什么是地源熱泵
我們先來簡單的認識一下什么的地源熱泵,地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用技術(shù),是熱泵的一種,熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備。地源熱泵通常是指能轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。通常熱泵都是用來做為空調(diào)制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),一個年度形成一個冷熱循環(huán)。
二、一般比較:
地源熱泵中央空調(diào)和傳統(tǒng)中央空調(diào)相比,最大的特點就在于它的節(jié)能性,這也是很多用戶不顧高額初投資選擇地源熱泵中央空調(diào)的原因,地源熱泵除了節(jié)能外,還有很多的優(yōu)點,我們可以通過與傳統(tǒng)中央空調(diào)的對比來分析地源熱泵到底具有哪些優(yōu)勢,為什么如此深受用戶青睞。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:環(huán)境保護
從土壤源熱泵的整個運行原理來看,土壤源熱泵系統(tǒng)實際是真正意義的綠色環(huán)保空調(diào),不管是冬季還是夏季的運行,都不會對建筑外大氣環(huán)境造成不良影響。而普通中央空調(diào)系統(tǒng),將廢熱氣或水蒸氣排向室外環(huán)境,無一例外的都對環(huán)境造成了極大的污染。以地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源,利用清潔的、近乎無限可再生的能源,符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:運行效率
對于普通中央空調(diào)系統(tǒng),不管是采用風(fēng)冷熱泵機組還是采用冷卻塔的冷水機組,無一例外的要受外界天氣條件的限制,即空調(diào)區(qū)越需要供冷或供熱時,主機的供冷量或供熱量就越不足,即運行效率下降,這在夏熱冬冷地區(qū)的使用就受到了影響。而土壤源熱泵機組與外界的換熱是通過大地,而大地的溫度很穩(wěn)定,不受外界空氣的變化而影響運行效率,因此,土壤源熱泵的運行效率是最高的。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:經(jīng)濟方面
地源熱泵系統(tǒng)還可以集采暖、空調(diào)制冷和提供生活熱水于一體。一套熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng),從而減少使用成本,十分經(jīng)濟。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:運行費用
地源熱泵系統(tǒng)在運行中的節(jié)能特點也是顯而易見的:通常地源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量,其制冷、制熱系數(shù)可達4以上,與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比,要高出40%,其運行費用為普通中央空調(diào)的50%~60%。達到相同的制冷制熱效率,土壤源熱泵主機的輸入功率較小,即為業(yè)主提供了較低運行費的空調(diào)系統(tǒng),在全年時間使用空調(diào)的場所,這種效果尤為明顯。鍋爐只能將70%~90%的燃料內(nèi)能為熱量,因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能,比燃料鍋爐節(jié)省約二分之一的能量。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:主機設(shè)置
對于普通中央空調(diào)系統(tǒng),若設(shè)置風(fēng)冷熱泵機組進行冷熱空調(diào),則風(fēng)冷熱泵主機的設(shè)置必須要與外界通風(fēng)良好,要么設(shè)置于屋頂,要么設(shè)置于地面,這對別墅空調(diào)受限就更嚴重。而土壤源熱泵主機的設(shè)置就非常靈活,可以設(shè)置在建筑物的任何位置,而不受考慮位置設(shè)置的限制。若設(shè)置冷水機組+鍋爐進行冷熱空調(diào),冷卻塔和鍋爐的位置就更受限制。因此,就主機的設(shè)置而言,地源熱泵系統(tǒng)的主機設(shè)置是非常靈活的。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:系統(tǒng)簡單
一機多用,節(jié)約設(shè)備用房,應(yīng)用范圍廣。地源熱泵可供暖、空調(diào),還可用于生活熱水供應(yīng)系統(tǒng),一套系統(tǒng)可替代鍋爐加空調(diào)的兩套系統(tǒng),因此一機多用,節(jié)省了建筑空間及設(shè)備的初投資,機組緊湊,節(jié)省設(shè)備用房空間,由此而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益相當可觀。
地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)中央空調(diào)對比:無需除霜
大地土壤溫度一年四季相對保持恒定,冬季也能保持在15℃以上,埋地換熱器不會結(jié)霜,可節(jié)省因結(jié)霜、除霜而消耗的能量。
通過詳細對比,我們很容易發(fā)現(xiàn)地源熱泵中央空調(diào)優(yōu)勢非常明顯,從這里我們也可以看出,為什么政府會大力推廣地源熱泵系統(tǒng),地源熱泵的普及不僅關(guān)系到家庭用戶的切身利益,也很大程度上降低建筑能耗,緩解環(huán)境能源壓力,優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。舒適360積極響應(yīng)政府號召,一直倡導(dǎo)舒適健康、節(jié)能環(huán)保的室內(nèi)舒適家居生活,已經(jīng)成功安裝多套家用地源熱泵系統(tǒng)。
三、其他數(shù)據(jù)比較分析:
占地面積
機房占地面積小,也可不設(shè)專用機房,采用小機組靈活安裝在各個房間
機房占地面積較大
需要冷凍機房和鍋爐房,占地面積大
需要冷凍機房和鍋爐房,占 地面積大
設(shè)備壽命
主機25年,地埋系統(tǒng)50年以上
10-15年
冷水機組15-20年燃油鍋爐10年
冷水機組15-20年燃油鍋爐15年
水資源
消耗
利用土壤和地下水的熱量,不消耗水資源
夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1%-2%,冬季供熱需排污補水
夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1%-2%,冬季供熱需排污補水
夏季冷卻水消耗量為循環(huán)量的1%-2%,冬季供熱需排污補水
能源消耗
電能,能效比4~6以上
燃油或燃氣,能源利用率80%
夏季利用電能,能效比3.5~4.5,冬季燃油或燃氣,能源利用率80%
電能,能效比3.5~4.5
環(huán)境保護
無燃燒排放,無熱島效應(yīng)
有燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染
有燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染
無燃燒污染,冷卻塔有一定的噪音和水霉菌污染
運行維護
系統(tǒng)組成簡單,維護量小,維護方便,節(jié)能效果明顯,節(jié)能率40%~70%
水泵、冷卻塔能耗大,機組冷量衰減快,維護運行費用高
需要制冷供熱兩套機組和維護人員,運行維護復(fù)雜,鍋爐房需要設(shè)置安全措施
需要制冷供熱兩套機組和維護人員,運行維護復(fù)雜,冬季運行費用高
控制靈
活性
可分區(qū)域控制,各區(qū)域可單獨制冷或制熱,互不影響
集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱
集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱
集中控制,不能單獨選擇制冷或供熱
投 資
可分期投資,根據(jù)實際需要逐臺安裝
一次性投資
一次性投資
一次性投資
1
傳統(tǒng)中央空調(diào)+熱力外網(wǎng)配套
初投資高,受熱力外網(wǎng)距離制約
不可再生
有污染
2
蒸汽溴化鋰機組+熱力外網(wǎng)
初投資高,運行費高,受熱力外網(wǎng)距離制約
不可再生
有污染
3
模塊風(fēng)冷熱泵+采暖(油、氣、電)鍋爐
初投資高,運行費最高
不可再生
有污染
4
直燃溴化鋰機組+(燃油、燃氣)
初投資高,運行費高
不可再生
有污染
5
傳統(tǒng)中央空調(diào)+燃煤鍋爐房
受政策限制,環(huán)保條件差,占地面積大
不可再生
污染極大
6
傳統(tǒng)中央空調(diào)+燃油鍋爐房
受消防要求限制,運行費極高
不可再生
有污染
7
傳統(tǒng)中央空調(diào)+燃氣鍋爐房
運行費較高
不可再生
有污染
8
地源熱泵
初投資低,運行費低
可再生
健康環(huán)保
節(jié)能
運行費用低、節(jié)能
夏季較節(jié)能,但冬季用燃油鍋爐產(chǎn)生熱水,其能效比低,運行費用高
能效比低,運行費用高
運行費用高,耗能
環(huán)保性
有專用空調(diào)機房,無噪聲
夏季冷卻塔設(shè)置在室外,有水飛濺,冷卻塔積水容易產(chǎn)生軍團病菌。冬季熱水鍋爐有燃油尾氣污染大氣
室外機有噪聲
有熱污染
室外機有噪聲
有熱污染
運行效果
穩(wěn)定,不受大氣溫度影響
夏季高溫高濕,冷卻塔制冷量下降,影響制冷效果。冬季熱水供暖,不受大氣溫度影響。
夏季高溫高濕,制冷效果下降;冬季室外溫度低,需停機除霜,制熱效果差。
夏季高溫高濕,制冷效果下降;冬季室外溫度低,需停機除霜,制熱效果差。
安全性
穩(wěn)定可靠
燃油鍋爐設(shè)有儲油罐,有一定危險
穩(wěn)定可靠
穩(wěn)定可靠
舒適性
全中央空調(diào),夏天可提供免費衛(wèi)生熱水
全中央中央空調(diào),夏天可提供衛(wèi)生熱水
全中央空調(diào)
調(diào)節(jié)
房間溫度可自行調(diào)節(jié),空調(diào)主機可在10%~100%無級調(diào)節(jié)
房間溫度可自行調(diào)節(jié),空調(diào)主機可在10%~100%有級調(diào)節(jié)
房間溫度可自行調(diào)節(jié),空調(diào)主機可在10%~100%有級調(diào)節(jié)
房間溫度可自行調(diào)節(jié),但調(diào)節(jié)性差
對房間裝修及外觀影響
風(fēng)機盤管可結(jié)合房間裝修整體布置
無室外掛機對小區(qū)環(huán)境無影響
風(fēng)機盤管可結(jié)合房間裝修整體布置
室外有冷卻塔對小區(qū)環(huán)境有一定影響
風(fēng)機盤管可結(jié)合房間裝修整體布置
室外有風(fēng)冷熱泵對小區(qū)環(huán)境有一定影響
室內(nèi)壁掛機和柜機占地并影響裝修整體效果
家用空調(diào)室外機放置在外墻對小區(qū)環(huán)境有影響
維修、操作
操作簡單,基本無維修
操作較簡單,冷卻塔需要更換填料,熱水管道容易結(jié)垢,需清洗
操作簡單,基本無維修。冬季熱泵用輔助電加熱易損壞,需每年更換
操作簡單,基本無維修
使用壽命
20年以上
15年以內(nèi)
10年以內(nèi)
10年以內(nèi)
地源熱泵相關(guān)介紹
一、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的組成和形式
地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)由室外換熱系統(tǒng)和室內(nèi)換熱系統(tǒng)兩大部分組成,每一部分都有多種不同的系統(tǒng)形式。室外換熱系統(tǒng)有閉式GSHP(土壤源)與開式WSHP(水源熱泵)兩種系統(tǒng)方式。
1.閉式換熱方式的組成
閉式換熱方式由埋設(shè)在地下或拋放在水中的PE管和循環(huán)水泵及相關(guān)附屬部件組成。由循環(huán)水泵驅(qū)動PE管路中的循環(huán)水,循環(huán)水作為熱量的載體將熱量在室內(nèi)房間與室外土壤或地表水中進行轉(zhuǎn)換。
2.開式換熱方式的組成及各部分的功能
開式(水源熱泵)換熱方式由抽水井、回灌井、調(diào)節(jié)水池、板式換熱器、潛水泵、回灌泵、循環(huán)水泵及相關(guān)附屬部件組成。由潛水泵將地下水抽取到調(diào)節(jié)水池中。由循環(huán)水泵驅(qū)動調(diào)節(jié)水池中的水流經(jīng)板式換熱器后在送回調(diào)節(jié)水池。板式換熱器將地下水與室內(nèi)循環(huán)水進行隔離性的熱量交換。當調(diào)節(jié)水池中的地下水失去利用價值后由回灌泵送回回灌井內(nèi)。調(diào)節(jié)水池將抽取上來的地下水進行暫時存放,當水溫降低至不可利用的溫度(冬季)或當水溫升高至不可利用的溫度(夏季)后再進行回灌,這樣對地下水的抽取及回灌都是間歇性的,充分利用了抽上來的地下水的低位能源,減少了潛水泵的開機時間節(jié)約了電能同時還降低了回灌的壓力。
二、地源熱泵特點
1、屬可再生能源利用技術(shù)
地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源(通常小于400米深)作為冷熱源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能(EarthEnergy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能量,比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
2、屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)
地能或地表淺層地?zé)豳Y源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,這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%,因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外,地能溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計,設(shè)計安裝良好的地源熱泵,平均來說可以節(jié)約用戶30~40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。
3、環(huán)境效益顯著
地源熱泵的污染物排放,與空氣源熱泵相比,相當于減少40%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上,如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑,但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量;屬自含式系統(tǒng),即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好,因此,制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠距離輸送熱量。
4、一機多用,應(yīng)用范圍廣
地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào),還可供生活熱水,一機多用,一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng);可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。此外,機組使用壽命長,均在15年以上;機組緊湊、節(jié)省空間;維護費用低;自動控制程度高,可無人值守。
三、對幾種地源熱泵系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的評述
1)直接利用地下井水的地源熱泵系統(tǒng):其最大優(yōu)點是非常經(jīng)濟,占地面積小,但要注意必須符合下列條件:水質(zhì)良好;水量豐富;符合標準。
2)地下埋管的地源熱泵系統(tǒng):對于①垂直式埋管系統(tǒng),其優(yōu)點有:較小的土地占用,管路及水泵用電少,其缺點是鉆井費用較高;對于②水平式埋管系統(tǒng),其優(yōu)點有:安裝費用比垂直式埋管系統(tǒng)低,應(yīng)用廣泛,使用者易于掌握,其缺點有:占地面積大,受地面溫度影響大,水泵耗電量大。
3)地表水式熱泵:其優(yōu)點有:在10米或更深的湖中,可提供10℃的直接制冷,比地下埋管系統(tǒng)投資要小,水泵能耗較低,高可靠性,低維修要求、低運行費用,在溫暖地區(qū),湖水可做熱源,其缺點有:在淺水湖中,盤管容易被破壞,由于水溫變化較大,會降低機組的效率。
4)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng):適用于空間小,不能單獨采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑,冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷,節(jié)省成本;事實證明該系統(tǒng)是高效率、低費用的。
四、其他形式中央空調(diào)的制冷和取暖方式
?。?)冷水機組(制冷)+燃煤鍋爐(采暖)
?。?)冷水機組(制冷)+燃油鍋爐(采暖)
?。?)冷水機組(制冷)+燃氣鍋爐(采暖)
?。?)直燃式(燃油、燃氣)溴化鋰(冷暖)
五、冷、熱量獲取方式
(1)地源熱泵中央空調(diào):電能+地下淺層太陽能
?。?)冷水機組+燃煤鍋爐:電能+煤碳
?。?)冷水機組+燃油鍋爐:電能+輕柴油
?。?)冷水機組+燃氣鍋爐:電能+天然氣
?。?)直燃式(燃油、燃氣)溴化鋰:電能+油(氣)
注:1、地源熱泵主機用的冷熱源來自地下恒定的能源,不存在衰減問題,所以運行費用穩(wěn)定,其他形式機組均存在衰減問題,會引起運行費用逐年增加。
2、地源熱泵主機為全自動電腦控制,無須專人看守和勞動;其他形式機組要有幾個人去管理和勞動。
1
能量獲得方式
從空氣中獲取低品位能量,大量應(yīng)用將引起城市熱島效應(yīng)
從空氣中獲取低品位能量,大量應(yīng)用將引起城市熱島效應(yīng)
通過水于土壤或其他自然資源中取能,能有效減小城市熱島效應(yīng)
2
系統(tǒng)形式
風(fēng)冷形式,熱傳遞效率較低
風(fēng)冷形式,熱傳遞效率較低
水冷形式,可更高效穩(wěn)定的進行熱傳遞,令系統(tǒng)工作更穩(wěn)定。
3
效率衰減
高溫和低溫時,熱泵效率衰減量大,即最需要空調(diào)時反而是空調(diào)效率最低時
高溫和低溫時,熱泵效率衰減量大,即最需要空調(diào)時反而是空調(diào)效率最低時
地下溫度全年波動幅度小,熱泵效率基本沒衰減,在室外環(huán)境溫度過低和過高時能很好保持舒適性
4
外機
有外機,且外機噪音大,如建筑有景觀要求時難處理
有外機,且外機噪音大,如建筑有景觀要求時難處理
無外機,不需專用機房,提高建筑使用率;沒有外機噪音,能很好滿足建筑景觀需求
5
容量限制
無容量限制,更大自由度的提供室內(nèi)負荷及提供某些日常很少用空間的空調(diào)予留
連接率不超過130%,超過100%時效率降低,超過130時系統(tǒng)不工作。
無容量限制,更大自由度的提供室內(nèi)負荷及提供某些日常很少用空間的空調(diào)予留
6
新風(fēng)
新風(fēng)自由連接到系統(tǒng)中
新風(fēng)應(yīng)另配系統(tǒng),VRF系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)機不可直接處理新風(fēng)
新風(fēng)自由連接到系統(tǒng)中
7
室外換熱器
風(fēng)冷換熱器易于積嵌污垢,清洗不善嚴重影響效果
風(fēng)冷換熱器易于積嵌污垢,清洗不善嚴重影響效果
水冷不易臟堵,無風(fēng)冷換熱器缺點
8
維修
單機維修將不影響整個系統(tǒng),主機故障將影響整個系統(tǒng)
單機與主機任何故障都將影響整個系統(tǒng)
維護時只需對單體進行檢修,維護管理方便,不影響系統(tǒng)
9
節(jié)能性
COP值在3.0左右,效率不高
COP值在3.0左右,效率不高
COP值在4.0左右,效率較風(fēng)冷系統(tǒng)高出30%
10
管路衰減
管路衰減小,在10%內(nèi)
既有管長的衰減,同時還有內(nèi)外機高差衰減,一般要考慮25%以上的總衰減量,相對來說整個系統(tǒng)效率差
管路衰減小,在10%內(nèi)
11
除霜
冬季有間歇除霜,影響制熱性能和舒適性
冬季有間歇除霜,影響制熱性能和舒適性
沒有除霜,制熱性能穩(wěn)定可靠
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