水源热泵在集中供热方面的应用

　　摘要：随着国家节能减排目标的提出以及“十二五”规划中建设资源节约型、环境友好型社会的相关要求，从长远发展来看，低碳的能源结构将是未来能源的发展趋势。本文针对水源热泵在集中供热领域的应用谈一些粗浅的看法。
　　关键字：集中供热；热泵技术；节能减排
　　
　　1、引言
　　集中供热是城市的基础设施之一，集中供热普及率是现代化城市的重要标志，它标志着一座城市的文明程度。建设现代化的城市，建设生态型的新市区，必须创造良好的硬件环境，其中包括城市基础设施的建设和城市大气环境质量等，集中供热可以改善城市环境、改善城市大气质量、提高城市现代化水平，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，是国家产业政策重点支持发展的行业。
　　现阶段我国城市集中供热热源大多数为燃煤锅炉，而煤炭资源属于不可再生资源，相关资料数据表明，中国已经探明的煤炭资源将在80年内采光，石油资源将在15年左右枯竭，天然气资源也将在30年内用尽，我国的经济又处在快速发展时期，而能源的生产和消耗也将高幅增长。因此，寻找未来替代能源显得十分迫切，必须利用可再生能源来调整目前的能源结构，大力开发利用可再生能源是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。下面本文就水源热泵在集中供热方面的应用谈一些粗浅的看法。
　　2、热泵技术
　　所谓热泵，就是以冷凝器放出的热量来供热的采暖系统。一台热泵与周围环境在能量上的相互作用是从低温热源（如空气、地下水、河水、土壤等）吸热，然后放热至所需区域。这种装置冬季可供暖，夏季可供冷，从而具备“一举两得”、“一机多用”的功能。热泵技术是应用低品位再生能源的重要技术之一。
　　热泵机组的能量流动是利用其消耗的能量（如电能）以及吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排放至高温热源。机组所耗能量的作用是提高制冷剂的压力，从而完成将能量自低温热源排向高温热源的目的。
　　按照低位热源的来源，热泵又分为空气源热泵、水源热泵和土壤源热泵。空气源热泵的主要系统形式是空气-空气热泵和空气-水热泵，其中空气-空气热泵在住宅、商店、学校、写字楼等小型建筑物中应用十分广泛，从经济节能的角度考虑，空气源热泵只适用于室外最低平均温度高于-10℃的地区。
　　水是很理想的热源，由于水具有热容量大、传热性能好、温度变化范围较小等优点，因而水源热泵换热设备紧凑，运行工况稳定。水源热泵效率比较高，能效比EER值可达4～5，近年来发展很快，技术越来越成熟。水作为热源的主要缺点是热泵机组必须靠近水源或设置一定容量的蓄水装置。作为热泵低温热源的水有地表水、地下水、工业和生活废水等。
　　土壤是热泵良好的低温热源，其能源密度约为20～40W/m2，一般在25W/m2左右。土壤源热泵具有以下优点：土壤温度相对比较稳定；地热交换器埋于地下，不需要除霜，也不需要风机强化换热。土壤源热泵的主要缺点是：土壤的导热率小；土壤对金属盘管有腐蚀作用；工质与土壤之间的传热温差较大，经济性较差。
　　在选定供热方式，确定利用哪种热源供热时，要综合考虑能源利用效率、总的经济效益和减少对环境的不利影响等因素，积极寻找经济性较好的清洁能源，以提高供热质量，降低供热成本。与空气源热泵和土壤源热泵相比，水源热泵具有水温波动小、热量输出稳定、COP值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点。
　　3、水源热泵的特点
　　①环保效益显著
　　水源热泵是利用了水作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟、排污等污染。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术；
　　②节能
　　水源热泵使用的电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。设计良好的水源热泵机组，与空气源、水源热泵相比，可减少30%以上的电力消耗，与电供暖相比，可减少70%以上的电力消耗。所以，水源热泵在节能的同时还减少和降低了发电时一次能源消耗过程中产生的污染排放和温室效应；
　　③应用范围广
　　可广泛的应用于宾馆、办公楼、学校、商场、别墅区、住宅小区的集中供热制冷，以及其它商业和工业建筑空调，并可用于游泳池、乳制品加工、啤酒酿造、冷轧锻造、冷库及室内种植和恒温养殖等行业上；
　　④一机多用
　　利用一套设备即可供冷，又可供热，还可提供生活热水；
　　⑤自动化程度高
　　水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统；部件较少，自动控制程度高；
　　⑥没有任何污染
　　水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407和R410A等替代物质。水源热泵机组的运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟，不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。
　　水源热泵的应用受地域影响比较大，特别是地质构造条件、水源情况等因素都会影响水源热泵的应用。
　　4、水源热泵在集中供热领域的应用
　　随着建筑面积的增加和配套设施的完善，我国城市住宅能耗需求增长迅速，大大高于同期能源生产的增长。在我国北方地区，住宅能耗主要是冬季采暖用热，采用污水源热泵供热可有效减少能耗。同时，随着住宅用水定额增加和热水供应普及，城市生活污水量和排热量逐年上升，为污水源热泵的应用提供了必要条件。
　　传统水源热泵多以地下水为低位热源，系统设计不当或运行回灌不足时，容易出现地下含水层温度场和压力场的波动，造成水源污染和地面沉陷等问题，而且目前各大城市地下水位呈逐年下降趋势，加强地下水源的保护已迫在眉睫，因此地下水源热泵已不太适合当前发展形势。采用城市污水作为水源热泵低位热源，则可避免出现上述问题。但是，由于城市污水水质复杂，污水热泵一般都采用间接换热的方式运行，传热温差大，换热效率低。此外，生活污水中含有的氮磷等营养元素会使藻类等微生物在换热表面生长形成生物膜，会影响热泵换热效果。因此，城市污水热泵在国内应用较少。近年来，由于水资源的短缺，污水资源化利用逐渐受到重视，中水回用技术得到推广，也为污水热泵技术的发展提供了难得的发展机遇。
　　5、结论
　　水源热泵系统是采用城市原生污水或处理水作为水源的一种热泵技术，是城市可再生能源应用的一个重要组成部分。居住相对集中、具备一定规模的城市，其污水量比较大，水量、水温相对稳定。并且随着城市不断发展，污水量将会不断增加，城市污水热源具备相当大的开发潜力。
　　随着国家大力推广可再生能源应用项目，近年来国内陆续成功建成了诸多污水源热泵应用项目，大力推动了城市节能减排工作。
　　参考文献：
　　[1]张昌.热泵技术与应用.机械工业出版社，2008-8
　　[2]张军.低品位热能利用技术.化学工业出版社，2012-2
　　[3]陈晓.地表水源热泵理论及应用.中国建筑工业出版社，2011-5

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