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地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(包括地下水、土壤或地表水等)的,既可供热又可制冷的高效节能装置。夏季制冷时,大地作为排热场所,把室内热量以及压缩机耗能通过埋地盘管排入大地中,再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去;冬季供热时,大地作为热泵机组的低温热源,通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。两个换热器都既可作冷凝器又可作蒸发器,只是因季节不同而功能不同。
地源热泵空调系统由于冬季从大地中取出的热量可在夏季得到补偿,因而可使大地热量基本平衡。由于地源热泵空调系统采取了特殊的换热方式,使它具有其他中央空调系统所不可比拟的优点,而且由于地能温度比较恒定,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性;并且地源热泵系统可一机多用,既可供暖、制冷,还可提供生活热水。
我国北方地区建筑物冬季热负荷较大,因此系统设计主要以热负荷为主。若完全采用地源热泵来供暖的话,则地热换热器和机组的初投资均比较高,连续运行的效率也较低。而在夏季运行时,机组的容量就过大,造成浪费;而且由于这些地区冬季从大地取热多于夏季大地的蓄热,长期运行将造成大地温度降低。
热泵系统的COP值也比较低,系统将无法满足设计要求,热泵的节能效果就体现不出来。而采用太阳能作为辅助热源,使热泵系统可以按照夏季工况进行设计,由太阳能集热器承担一部分热负荷,这将大大降低地源部分的初投资。太阳能资源丰富、清洁无污染,既属于一次能源又属于可再生能源,虽然其能源密度低、能量供应具随机性和间歇性,使太阳能的利用受到一定的限制,但随着技术条件的不断进步,将逐渐解决目前太阳能-地源热泵空调系统所存在的一些问题,使其理论不断得到完善,从而太阳能将作为辅助热源应用在空调、制冷、供暖等各方面,具有广阔的发展前景。
而且我国处于利用太阳能较有利的区域内,只要具有一定的技术水平和必要的资金投入就可以自由利用。因此采用太阳能-地源热泵技术不仅会极大的减少我国石化能源的消费量,使我国的能源结构得到优化,实现可持续发展计划,将是解决我国能源和环境问题的重要措施之一,将会成为21世纪暖通行业的主流方向。
每年我国陆地接收的太阳辐射总量,相当于24000亿t标煤,全国总面积2/3地区年日照时间都超过2000h,特别是西北一些地区超过3000h,这就为在热泵系统中利用太阳能提供了宝贵的资源。而且太阳能是取之不尽,用之不竭的一种绿色环保能源,不受任何人控制和垄断,它的利用也比较灵活,规模可大可小。
太阳能辅助地源热泵空调系统运行方式
太阳能作为辅助热源,与地源热泵联合运行时,主要有两种运行方式:串联与并联方式。(1)串联系统:在此系统中,太阳能集热器采集的热量储存在蓄热水箱中,水箱中的热水通过换热,用于提升进入蒸发器入口的介质的温度,从而提供整个系统的COP值。(2)并联系统:此系统是将太阳能供热系统和地源热泵系统交替使用。当太阳能集热器的温度较高,可以将集热器的热量转移到地下贮存,这样即可使土壤温度场得以较快的恢复,又可提高集热效率。当太阳能供热系统不能满足建筑物需求(阴天或夜间),则可采用地源热泵系统供热。
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