地源熱泵及未來展望(連載四)

2015/1/9 0 31427

恒有源科技發展集團(微信號:HYYESSTD)專注于淺層地能作為建筑物供熱的替代能源的科研、開發和推廣。致力于原創技術的產業化發展,實現為建筑物無燃燒供熱,大力發展地能熱冷一體化新興產業。

地源熱泵設備的現狀與未來

        水源熱泵系統是包含水文地質設備、熱泵空調機組設備、電氣自動化設備等的綜合系統,所包括的內容很多,僅就其中幾個問題做一總結。

        水源熱泵的設備主要是用于抽水的潛水泵和回灌用的地面水泵,由于地下水未經處理,含較高濃度的酸堿離子及泥沙等,需要抽水和回灌的水泵具有良好的耐腐蝕耐磨性質。開發耐磨耐腐蝕泵軸受力均衡的熱泵潛水泵仍是一項重要課題。由于用戶的供熱量、供冷量的需求經常發生變化及地下土壤或含水層的溫度場發生變化,致使換熱器流量發生變化,因此需要對地源熱泵系統水泵的流量進行調節。傳統的調節閥門開度、增加旁通管等方法效率較低,國內已成功開發了可編程控制器和變頻調速控制器,由換熱器所需流量信號傳遞給水泵進行閉環控制,對于降低電能消耗延長水泵壽命具有重要意義,未來開發更加智能化的控制器仍是該領域的主要方向。

        高溫水源熱泵一般是指可以直接回收利用20~55℃的低品位熱資源,制出65~95℃熱水的熱泵機組,它能夠滿足高溫水用戶對出水溫度的需求。發達國家早在1980年代就研制成功出水溫度80℃以上的高溫水源熱泵,近幾年我國也由中國科學院廣州能源所等少數單位研制成功。未來研制出水溫度流量不同、溫度不同,滿足不同用戶的高效節能的高溫水源熱泵仍是國內外工程界面臨的一個重要課題。鑒于我國具有中低焓淺層地熱資源豐富,工業余熱及中低溫江河分布較廣,生產研制具有更先進的具有自主知識產權的高溫水源熱泵對于我國這樣一個能源消耗大國,正在全面建設小康社會的國家來說更是具有特殊意義。

        地源熱泵的機械運動部件少并且耐用,地下部分可保證50年因而維護成本低投資回收快。地源熱泵系統所使用的制冷劑在工廠里注入密封,在使用過程中無泄漏,用戶在使用時無需添加制冷劑,減輕了制冷劑對環境的破壞。我國熱泵機組的研制起步雖然較晚,但隨著近年來地源熱泵的大規模推廣,地源熱泵機組的技術水平與國外先進水平已逐步縮小,有些已達到國際先進水平。

        地源熱泵機組具有多種用途,同一個系統可以供暖、制冷、供應熱水。地源熱泵機組與普通熱泵機組相比差別不大,除蒸發器、冷凝器、壓縮機外,增加了一個四通轉換閥用于制冷與制熱時管路方向的轉換。研制適合我國不同地域特點,不同水溫條件,不同土壤溫度條件,不同使用時間和范圍的空調設備也是當前及今后面臨的重要課題。自動控制系統在地源熱泵系統中的地位非常重要,尤其是現代控制理論對于解決像地源熱泵系統這樣復雜的被控對象比傳統技術具有明顯優越性,它在地源熱泵系統的成功應用必將展現廣闊的發展前景。

        地源熱泵設備的研制應注重生產中出現的實際問題的解決,包括水源熱泵回灌困難,地源熱泵使用時間達不到設計預期,地層中出現熱積累,熱泵機組與地源側匹配不好等。總之,地源熱泵系統各部分具有自身的特點,機組設備對于不同的地下土壤、水溫、室外氣象條件、室內舒適度等都要有很好的適應性。地源熱泵系統與現代機械、熱能、水文地質、現代控制理論等各學科緊密相連,今后隨著相關科學技術的發展,地源熱泵設備的研制與利用必將達到更高水平。

結語

        1)在能源需求劇增、生態環境問題加劇、二氧化碳減排量壓力加大的背景下,地源熱泵的研究和應用具有重要的現實意義,地源熱泵具有廣闊的發展前景。近年來我國地源熱泵技術水平發展很快,一些方面已達到甚至超過國際先進水平,未來一定會在該領域做出更大貢獻。

        2)我國在地源熱泵軟件開發方面主要是僅針對埋地換熱器或地下抽回水側進行了研究開發,對包括機組、用戶、室外環境在內的整體模擬計算和優化研究開發還很少,這也是今后應該需要發展的方向。

        3)我國相對于發達國家,無論基礎理論還是設備研制,地源熱泵軟件開發,系統的自動控制水平,使用規模等都方面都存在較大差距,必須積極消化吸收引進先進理論先進設備,力爭早日達到先進水平。

        4)地源熱泵目前尚存在地下水回灌困難,地下水污染,熱貫通,地下熱積累,地下溫度場改變,熱泵的環境影響,初投資較高等許多問題未來都亟需解決。這些問題的解決必將產生良好的經濟效益和社會環境效益。(作者:中國礦業大學(北京)地球科學與測繪工程學院  孫海洲,武強,曾一凡,曹彬)

選自_《中國地能》

 

 

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