地源热泵技术及其节能效益分析

  "引言

 

  从供热角度讲，天津港分为可进行集中供热的区域和难以 实现集中供热的区域两大部分。难以实现集中供热区域是指距离主要供热管网较远且分散、供热面积相对不大的建筑物（如候工房、理货房、安全楼、秤房等）和有特殊供热要求的建筑物（如医院、幼儿园等）。在这一区域原来所配的锅炉一般是吨位较小、独立供热或仅有小范围管网的燃煤锅炉，有些是供热、洗浴、饮水的多用炉，普遍存在污染较大、效率低、能耗高及管理难度大的现象。近期政府有关部门提出小型锅炉改建的环保要求，天津港部分小型燃煤锅炉改为燃油或用电锅炉，虽然解决了部分环保问题，但能源成本大等问题显现出来。

 

  随着科学技术发展，太阳能、地热能等清洁能源的利用技术已经比较成熟，近年来越来越多的单位利用这些技术替代传统的燃煤、燃油方式。如果地热能源热泵技术能够在天津港成功地推广应用，将能很好地解决难以实现集中供热区域的用能中环保、节能及安全等问题。 &地源热泵技术简介 地源热泵技术是一种利用地表浅层地热资源（也称地热 能，包括地下水、土壤和地表水等）的高效节能空调技术。它是集地质勘探成井技术、热泵技术和暖通技术于一体，利用地热资源进行采暖和制冷。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位或高温位的能量转移。地热能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地热能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地表中去。通常地源热泵的,-.（指其制热量与所消耗电能的比值，即机组的性能系数）达到 /012304，即消耗567的能量可以得到42367的热量或冷量。

 

  十几年来，发达国家对于地源热泵技术多有研究和利用，且不断发展，近年来国内也呈现出不断研究和使用的趋势。 ! 技术特点 805 属可再生能源利用技术 地源热泵是利用地球表面浅层地热资源（通常小于499 米）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的能源，使得地 热能成为清洁的可再生能源。 808属高效节能技术 地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，在我国华北 地区，它在冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高得多，因此可以节约能源和节省运行费用。另外，地热能温度一般恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定。

 

  80/一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、制冷，还可供应生活热水，一机多 用。初投资相对较多，但一套系统可以替换原来的锅炉和空调两套装置，这种系统可应用于各种建筑物中。

 

  经济效益及环保效益 地源热泵机组可一机多用，虽然其投资略高于锅炉系统， 但兼顾夏季空调制冷和冬季采暖。既提高了设备的利用率，节约能源，节省运行费用，又降低了空调系统设备投资，这是地源热泵技术所带来的直接经济效益。 另外，地源热泵与锅炉供暖相比，所产生间接效益是不容忽视的。由于锅炉及配套设备所占用土地、燃料运输、存渣、排放烟气及灰尘处理等，在计算成本时受多种主、客观因素所限，很难以统一尺度进行衡量，被视为间接效益。与热泵供热相比，燃煤锅炉要留有储煤、存渣场地及运输通道，占地面积相当于3座地热站。燃油锅炉要有配套的储油罐， 除了要占用一部分空间以外，还增加了安全管理上的难度。虽然燃气锅炉清洁，占地面积小，但由于天津港特点，其输气管道不宜地埋和高架，难以进入港区各供热点，另外，由于管道建网费用高，燃气价格较高且呈上升趋势，燃（天然）气锅炉供热系统的投资成本及运行成本都是很高的。

 

  最为重要的还是其环保效益突出。地源热泵系统是通过从地热资源中提取热量，所以采用地源热泵供暖可有效地免除常规燃料的灰、渣、二氧化硫及氮氧化物等的排放量，并相应减少燃料运输过程中的撒（泄）漏污染。 (应用实例分析 在天津港每年耗能折合:万吨标准煤中，燃煤消耗近4万 多吨，节能、环保等方面的要求促使我们对天津港能源结构及新能源利用问题引起重视。目前天津港采用新能源及清洁能源比例极小，无论是在理论分析还是实际运用，都是处于起步阶段。可喜的是天津港第一港埠公司在其七米货场检查桥中试用了地源热泵空调机组，取得了较好的效果。

 

  七米检查桥座落于七米集装箱场地，建筑面积4;0//平方米，原采用电热板（85片）作为冬季取暖，设备耗电量大，且取暖效果差，夏季采用8台壁挂空调机作为制冷设备，制冷量小，且维修费用高。鉴于上述情况，决定采用地源热泵中央空调系统来改造原有的取暖和制冷系统。 405改造前、后经济性分析比较40505 改造前、后的初投资 原七米检查桥冬季取暖采用电热板85片，购置费用为804 万元；夏季采用8台壁挂空调制冷，购置费用为901万元；每年还需维修费;99元。改造后采用地源热泵技术进行取暖、制冷，其安装热泵机组及配套设施共计4053万元。热泵机组安装于检查桥内4平方米储藏室中，无需另建机房。 40508改造前运行费用 原七米检查桥冬季取暖采用电热板85片，额定功率 3997<片， 总消耗功率为590367。由于电热板没有温控开关，每天84小时运转， 一天耗电量为83867=，若取暖期按4个月589天计算， 一个采暖期耗电量为/984967=，折合电费8055;1万元（按90>元<67=计算）。

 

  夏季采用8台壁挂空调制冷时额定功率/67，一天按54小时计算，需耗电量4867=<天。如制冷期每年按/个月计算， 年需电费90><67=?4867=<天?:9天@908;4;万元。 全年需要取暖、制冷费用共计（不含维修费用）：8055;1A908;4;@80/154万元 （约804万元）4050/改造后运行费用 改造后循环泵额定功率为90367，每天84小时开机，耗电 量为5867=。热泵机组额定功率为/67， 每天一般运行54小时左右，耗电量为4867=。因此每天总耗电量为3467=，折合电费90>元<67=?3467=@/>01元。 如制冷期为/个月， 取暖期为4个月，总计859天，全年应发生电费90>:/1万元（约901万元）。

 

  通过改造前后七米检查桥电能计量统计数据对比，证明了地源热泵空调系统的年耗电量及运行费用是电热板加热形式的5</左右。 408技术性能分析 改造后的地源热泵系统在环境条件较差、维温性能不佳的 检查桥中，经过一个取暖期的运行，保持室内温度在89B左右。另外，它便于维护和管理，且效率高，夏季,-.（能效比）@5C304， 冬季,-.@5C/01。因此，耗电量小，运行费用低，能达到节能降耗要求。根据对现有系统的运行费用分析，8年以后就能收回全部投资。 改造后的地源热泵系统地下部分可保持49年稳定运行，地上机组部分可保持51年左右正常使用，系统控制自动化程度高，可实现室内温度的调节。