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地源热泵知识
三合一地源热泵与大金VRV空调+锅炉对比
时间:2016-10-11    浏览人次:

1、系统简介


1、1三合一地源热泵系统简介

地源热泵技术是利用地表浅层水源(地下水、江、河、湖、海)土壤吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能,采用热泵原理,通过少量的电能输出,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。. 地表浅层地热能不受地域限制,量大面广,无处不在,几近无限;地表浅层温度一年四季温度稳定,冬季比环境温度高,夏天比环境温度低,是非常理想的热泵冷热源。地源热泵运行使用电能,运行中没有任何污染,及废弃物,地下水进入机组热交换器后全部返灌地下,对地下水及土壤无任何不利影响,也不会造成地下水流失。地源热泵利用地表浅层可再生能源,开辟了一条利用清洁能源的新途径。


地源热泵原理简述:

作为自然现象,正如水由高处流向低处那样,热量也总是从高温流向低温,用著名的热力学第二定律准确表述:“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器,如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样,采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置,它本身消耗一部分能量,把环境介质中贮存的能量加以挖掘,提高温位进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低,这就是地源热泵节能的原理。


 

地源热泵原理图

地源热泵工作原理:

地源热泵系统是从常温土壤或地表水(地下水),冬季从地下提取热量,夏季把建筑的热量又存入地下,从而解决冬夏两季采暖和空调的冷热源。


夏季通过机组将房间内的热量转移到地下,对房间进行降温,同时储存热量,以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间,对房间进行供暖,同时储存冷量,以备夏用,大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉,这样就实现了能量的季节转换。


 

地源热泵原理图


冬季地源热泵工作原理:

冬天热泵中制冷剂正向流动,压缩机排出的高温高压氟利昂气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量,相变为高温高压的液体,再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器,从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端,由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器,从而不断的向用户提供45℃-55℃的热水。


 

冬季地源热泵原理图

夏季地源热泵工作原理:

夏天热泵中制冷剂逆向流动,与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水(7 -12℃)提取热能,与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量,循环液中热量再向地下低温区排放,如此循环往复连续地向用户提供7 -12℃ 的冷水。


 

夏季地源热泵原理图

1、2  VRV空调及锅炉采暖简介


VRV空调系统全称是Varied Refrigerant Volume,简称VRV,就是可变流量的意思,它是依赖于机电方面的变频技术而产生的空调系统设计安装方式。一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量,可以适时地满足室内冷、热负荷要求。


VRV空调属于空气源热泵,是采用热泵技术在夏天从室外抽取冷量转移到室内,达到降温的目的;冬季则是抽取室外热量转移到室内,达到采暖的目的。夏季室外温度越高,从室外抽取冷量越困难,能效比(也称COP值,即机组制冷、制热量与用电量的比值)越低,也就是说,电能的利用效率降低了。VRV空调的COP值一般在2.5左右,室外温度高时,降低到1.8以下,温度过高时,压缩机会因为冷凝温度过高而无法启动,就是通常所说的“死机”。同样的,冬季室外温度越低,从室外抽取热量越困难,温度过低时,压缩机会因为蒸发温度过低而无法启动。通常,VRV空调冬天工作温度最低是-7℃,冬天气温低的时候,VRV空调会“化霜”,在这段时间内,单一压缩机的主机是不制热的,等“化霜”过程结束之后,机组才能制热,也会因为室外蒸发器结霜太严重而“死机”。

 

城市中,大量采用VRV空调,会把室内热量都转移到室外空气中,形成“热岛”效应,温度居高不下,即使到了夜晚,也感觉很热。这也使得中国的“火炉”城市更加“炎热”。若采用地源热泵,夏季把室内热量转移到地表浅层,则会降低“热岛”效应。


锅炉采暖是利用燃气在锅炉内燃烧发热来提高水的温度,高温的水把热量传递给地板蓄热层来采暖,水温降低后,又回到锅炉继续加热。锅炉采暖利用了燃气这种不可再生能源来取暖,且燃烧废气会释放到空气中,会造成环境污染,是一种既不节能又不环保的采暖方式。

 

2、初期投资


为便于比较,我们针对上海地区某一套别墅,建筑结构为地下室一层、地上二层,空调面积200平方/地暖面积185平方。在满足空调、采暖及生活热水功能的要求下,三合一地源热泵系统与VRV空调加锅炉采暖系统进行具体的比较。

方案一:三合一地源热泵系统预算费用:19.5万元

方案二:VRV空调加锅炉采暖系统预算费用:18万元

注:以上报价仅供参考,不作为实际报价依据。

由此可见,方案一初期投资比方案二高5-10%,差别不大。


3、运行费用


3、1  三合一地源热泵系统运行费用


(1)计算依据

   电价:0.61元/度,夏季每天运行时间按12小时运行,冬季每天运行时间按24小时运行,每月运行按30天计。制冷季4个月、供热季3个月,主机平均输出系数按0.7考虑。夏季生活热水由主机通过热回收免费供给,春秋季按5个月,冬季3个月共8个月,每月30天计算,平均每天使用300L水。水箱的保温效果24小时内的温降<3℃。


(2)运行费用计算表格


3、2  VRV空调+锅炉采暖系统+热水系统运行费用


(1)计算依据

电价:0.61元/度,天然气:2.5元/立方,燃烧值:9KW/立方。夏季每天运行时间按12小时运行,冬季每天运行时间按24小时运行,每月运行按30天计。制冷季4个月、供热季3个月,主机平均输出系数按0.7考虑。全年提供生活热水,每月30天计算,平均每天使用300L水。水箱的保温效果24小时内的温降<3℃。


(2)大金空调运行费用计算表格


(3)锅炉采暖运行费用计算表格



(4)生活热水运行费用计算表格


(5)系统费用总计:5490+11693+1388=18571。

运行费用小结:方案一比方案二每年节省费用:18571-9017=9554元,使用两年左右即可抵充高出部分的初投资。


4、舒适性

从舒适性方面考虑,地源热泵空调系统有明显的优点。地表浅层温度一年四季温度稳定,冬季比环境温度高,夏天比环境温度低,是非常理想的热泵冷热源。地源热泵空调系统不受室外环境温度影响,一年四季性能稳定。VRV空调系统采用氟立昂制冷,室温波动大,且容易受室外环境温度影响。室外温度低时会“化霜”而影响制热效果,极端冷/热气温下,会“死机”,也就是说,当人们越想用空调的时候,效果越差。

 

5、安全性

从安全性方面考虑,地源热泵空调系统是利用“水”作为换热媒介,只有少量氟立昂封闭在机组内,室内只有低压水路,整个系统稳定、安全。VRV空调系统室内有高压氟立昂管路,容易产生氟立昂泄露,特别是分叉头。高压氟利昂泄露后,会迅速气化,形成超低温的冷气,易对人体造成冷灼伤。氟利昂一旦泄漏,如果没有遇到明火,一般不会对人体造成伤害。但氟利昂与明火相遇且在水汽的同时作用下,可迅速分解生成氮氟酸、盐酸、氯气、一氧化碳等有毒气体。高浓度气体能伤害中枢神经系统,使人注意力不集中,头昏、头痛、运动失调。吸入量过大和时间过长则抑制呼吸导致昏迷,甚至死亡。锅炉采暖系统用到的燃气,属可燃气体,一旦泄露,会有爆炸危险。由此可见,地源热泵空调系统只有少量氟立昂封闭在机组内,机房一般在室外或人不常去的设备间里面,所以对人没有任何危害。VRV空调加锅炉采暖系统将面临高压氟利昂与可燃气体双重危害,一旦发生火灾,将加剧火灾的危害。

 

6、环保效益

从环保的角度考虑,地源热泵没有噪声扰邻,不会对使用地产生大气污染、噪声污染、热污染等,并且埋地换热器可布置在别墅区的花园、草坪或是建筑物周围的地下,而不占地上建筑面积,对环境保护有利,是一种“绿色空调”,符合可持续发展的要求。


7、售后维修

从售后维修保养角度考虑,地源热泵空调系统管路里面是低压“水”,如果末端出现问题,只需要更换末端,然后系统重新补水就可以了,不会影响整个系统的运行。地源热泵空调系统末端通常采用风机盘管,造价只有VRV空调系统末端的1/3左右,所以维修保养费用低。VRV空调系统当末端或管路出现问题时,高压氟立昂会迅速泄露并气化,整个系统必须中断,需要补充氟利昂,维修成本高。

 

8、使用寿命

使用寿命长,机组运行不受室外温度变化影响,工况稳定,且所有设备都安装在室内,不受风吹日晒的影响,机组不会腐蚀,使用寿命可达到20年以上。而室外换热器安装在建筑物周围的地面以下,再不受到外力破坏的前提下使用寿命可达到50年以上。