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水源热泵——一种经济、节能、可靠的空调能源方式(上)

近几年来,水源热泵得以发展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能,如井水、地下 水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源,而且具有热回收功能, 即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间,从而提高了建筑物内部的能源利 用系数。

一、水源热泵系统的节能性

以采暖运行为例,目前采暖方式有集中锅炉房供热方式、热电厂供热方式、分户燃气采暖方式,水源热泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工业余热的形式;也有利用自来水的冬季要辅助加热的方式。它们的耗能量见表1。

耗能量的比较   表1

采暖方式   现有住宅建筑    节能建筑耗能量 折算至标准煤 耗能量 折算至标准煤集中锅炉房 25.08Kg/m2.年25.08Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年 12.41Kg/m 2.年热电厂 13.96Kg/m2.年 13.96Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年 9.03Kg/m 2.年分户燃气采暖 10.6Nm3/m2.年 13.02Km3/m2.年 6.86Nm3/m2 .年 8.43Kg/m2.年水源热泵(井水、河、湖水) 22.46kwh/m2.年 9.16Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年 5.93Kg/m2.年水源热泵(加辅助热源) 22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年 13.5Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年 8.74Kg/m2.年

表1的计算依据:

①.住宅建筑为北京市多层住宅,现有建筑耗热量指标qH为31.82W/m2,设计热负荷指标 为q为43.82W/m2,节能建筑qH为20.6W/m2,q为28.37W/m2。采暖全年需热量:现有 建筑为95.46kwh/m2年,节能建筑为61.80kwh/m2年。

②.集中锅炉房:现有供热系统热网输配效率η1为0.85,锅炉效率η2为0.55,节能供 热系统η1为0.9,η2为0.68,

③.热电厂供电标准煤耗为0.408Kg/kwh,供热标准煤耗为40.7Kg/GJ。

④.水源热泵采暖COP=4.25。

从表1可知,水源热泵采暖方式全年耗能量均低于集中锅炉房和热电厂,节能效益比较明显 。

利用井水、江、河水或工业余热为热源的水源热泵的节能性十分明显,当水源热泵的能效系 数4.0时,与热电联产供热方式比,采暖的节能性率约为40%。 当采用辅助加热热源时,水源热泵的节能性是有条件的,主要的影响因素是:水源热泵的能 效系数;辅助热源的加热容量。

①.水源热泵能效系数的影响(见表2)

制热容量为4KW时的能耗* 表2

/

COP=4

COP=4.5

节能率(%)

辅助加热量耗能(kg标煤)

3×860/7000×0.9=0.409

3×860/700 0×0.9=0.409

/

压缩机耗能(kg标煤)

1×0.408=0.408

0.88×0.408=0.363

/

合计

0.817

0.771

5.6

*辅助加热容量为总供热量的75%。

从表2可知,COP从4提高到4.5后,节能率约为5.6%,相当于减少加热容量0.3296KW,即约相 当于减少热负荷10%。

②.辅助加热器加热容量的影响(见表3)

制热容量为4KW时的能耗* 表3

/

辅助加热容量/总供热量0.75

辅助加热容量/总供热量0.5

节能率(%)

辅助加热量耗能(kg标煤)

0.409

2×860/7000×0.9=0.273

/

压缩机耗能(kg标煤)

0.408

1×0.408=0.408

/

合计

0.817

0.681

16.6

*COP=4

从表3可知,当辅助加热容量为总供热量的比从0.75降到0.5时,节能率约为16.6%。

③.节能的条件

制热容量为4KW的热电联产的能耗为:

(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh

由此可知:

当COP=4.0,辅助加热容量为总供热量的0.5时,与热电联产供热方式比,它的节能率 约为2%。

当COP=4.5,辅助加热容量为总供热量的0.5时,与热电联产供热方式比,水源热泵的节能率

约为8%。

但当COP=4.0,辅助加热容量为0.75总供热量时,热电联产将比水源热泵节能,节能效率约 为15%。当COP=4.5时,其节能率约为10%。

节能的主要因素如下: ①.水源热泵机组直接安放在户内,热网输配损失可忽略不计。

②.水源热泵机组采暖能效系数COP大于4,部分负荷时,COP值仍很稳定。

③以井水,江、河、湖水及工业余热的低温热作为热泵热源的水源热泵系统,采暖耗热量仅 为全年需热量的1/4。

④.以自来水为热源的冬季需加辅助热源的水源热泵系统,由于考虑压缩机发热量,住宅同 时使用系数及夜间调节温度等措施后辅助加热容量约为热负荷的1/2~1/3,加热量约为全年 需热量的1/2~1/3。

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