地源熱泵技術及其節能效益分析

  "引言

 

  從供熱角度講，天津港分為可進行集中供熱的區域和難以 實現集中供熱的區域兩大部分。難以實現集中供熱區域是指距離主要供熱管網較遠且分散、供熱面積相對不大的建筑物（如候工房、理貨房、安全樓、秤房等）和有特殊供熱要求的建筑物（如醫院、幼兒園等）。在這一區域原來所配的鍋爐一般是噸位較小、獨立供熱或僅有小范圍管網的燃煤鍋爐，有些是供熱、洗浴、飲水的多用爐，普遍存在污染較大、效率低、能耗高及管理難度大的現象。近期政府有關部門提出小型鍋爐改建的環保要求，天津港部分小型燃煤鍋爐改為燃油或用電鍋爐，雖然解決了部分環保問題，但能源成本大等問題顯現出來。

 

  隨著科學技術發展，太陽能、地熱能等清潔能源的利用技術已經比較成熟，近年來越來越多的單位利用這些技術替代傳統的燃煤、燃油方式。如果地熱能源熱泵技術能夠在天津港成功地推廣應用，將能很好地解決難以實現集中供熱區域的用能中環保、節能及安全等問題。 &地源熱泵技術簡介 地源熱泵技術是一種利用地表淺層地熱資源（也稱地熱 能，包括地下水、土壤和地表水等）的高效節能空調技術。它是集地質勘探成井技術、熱泵技術和暖通技術于一體，利用地熱資源進行采暖和制冷。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫位或高溫位的能量轉移。地熱能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把地熱能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量“取”出來，釋放到地表中去。通常地源熱泵的,-.（指其制熱量與所消耗電能的比值，即機組的性能系數）達到 /012304，即消耗567的能量可以得到42367的熱量或冷量。

 

  十幾年來，發達國家對于地源熱泵技術多有研究和利用，且不斷發展，近年來國內也呈現出不斷研究和使用的趨勢。 ! 技術特點 805 屬可再生能源利用技術 地源熱泵是利用地球表面淺層地熱資源（通常小于499 米）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的能源，使得地 熱能成為清潔的可再生能源。 808屬高效節能技術 地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，在我國華北 地區，它在冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高得多，因此可以節約能源和節省運行費用。另外，地熱能溫度一般恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定。

 

  80/一機多用，應用范圍廣 地源熱泵系統可供暖、制冷，還可供應生活熱水，一機多 用。初投資相對較多，但一套系統可以替換原來的鍋爐和空調兩套裝置，這種系統可應用于各種建筑物中。

 

  經濟效益及環保效益 地源熱泵機組可一機多用，雖然其投資略高于鍋爐系統， 但兼顧夏季空調制冷和冬季采暖。既提高了設備的利用率，節約能源，節省運行費用，又降低了空調系統設備投資，這是地源熱泵技術所帶來的直接經濟效益。 另外，地源熱泵與鍋爐供暖相比，所產生間接效益是不容忽視的。由于鍋爐及配套設備所占用土地、燃料運輸、存渣、排放煙氣及灰塵處理等，在計算成本時受多種主、客觀因素所限，很難以統一尺度進行衡量，被視為間接效益。與熱泵供熱相比，燃煤鍋爐要留有儲煤、存渣場地及運輸通道，占地面積相當于3座地熱站。燃油鍋爐要有配套的儲油罐， 除了要占用一部分空間以外，還增加了安全管理上的難度。雖然燃氣鍋爐清潔，占地面積小，但由于天津港特點，其輸氣管道不宜地埋和高架，難以進入港區各供熱點，另外，由于管道建網費用高，燃氣價格較高且呈上升趨勢，燃（天然）氣鍋爐供熱系統的投資成本及運行成本都是很高的。

 

  最為重要的還是其環保效益突出。地源熱泵系統是通過從地熱資源中提取熱量，所以采用地源熱泵供暖可有效地免除常規燃料的灰、渣、二氧化硫及氮氧化物等的排放量，并相應減少燃料運輸過程中的撒（泄）漏污染。 (應用實例分析 在天津港每年耗能折合:萬噸標準煤中，燃煤消耗近4萬 多噸，節能、環保等方面的要求促使我們對天津港能源結構及新能源利用問題引起重視。目前天津港采用新能源及清潔能源比例極小，無論是在理論分析還是實際運用，都是處于起步階段。可喜的是天津港第一港埠公司在其七米貨場檢查橋中試用了地源熱泵空調機組，取得了較好的效果。

 

  七米檢查橋座落于七米集裝箱場地，建筑面積4;0//平方米，原采用電熱板（85片）作為冬季取暖，設備耗電量大，且取暖效果差，夏季采用8臺壁掛空調機作為制冷設備，制冷量小，且維修費用高。鑒于上述情況，決定采用地源熱泵中央空調系統來改造原有的取暖和制冷系統。 405改造前、后經濟性分析比較40505 改造前、后的初投資 原七米檢查橋冬季取暖采用電熱板85片，購置費用為804 萬元；夏季采用8臺壁掛空調制冷，購置費用為901萬元；每年還需維修費;99元。改造后采用地源熱泵技術進行取暖、制冷，其安裝熱泵機組及配套設施共計4053萬元。熱泵機組安裝于檢查橋內4平方米儲藏室中，無需另建機房。 40508改造前運行費用 原七米檢查橋冬季取暖采用電熱板85片，額定功率 3997<片， 總消耗功率為590367。由于電熱板沒有溫控開關，每天84小時運轉， 一天耗電量為83867=，若取暖期按4個月589天計算， 一個采暖期耗電量為/984967=，折合電費8055;1萬元（按90>元<67=計算）。

 

  夏季采用8臺壁掛空調制冷時額定功率/67，一天按54小時計算，需耗電量4867=<天。如制冷期每年按/個月計算， 年需電費90><67=?4867=<天?:9天@908;4;萬元。 全年需要取暖、制冷費用共計（不含維修費用）：8055;1A908;4;@80/154萬元 （約804萬元）4050/改造后運行費用 改造后循環泵額定功率為90367，每天84小時開機，耗電 量為5867=。熱泵機組額定功率為/67， 每天一般運行54小時左右，耗電量為4867=。因此每天總耗電量為3467=，折合電費90>元<67=?3467=@/>01元。 如制冷期為/個月， 取暖期為4個月，總計859天，全年應發生電費90>:/1萬元（約901萬元）。

 

  通過改造前后七米檢查橋電能計量統計數據對比，證明了地源熱泵空調系統的年耗電量及運行費用是電熱板加熱形式的5</左右。 408技術性能分析 改造后的地源熱泵系統在環境條件較差、維溫性能不佳的 檢查橋中，經過一個取暖期的運行，保持室內溫度在89B左右。另外，它便于維護和管理，且效率高，夏季,-.（能效比）@5C304， 冬季,-.@5C/01。因此，耗電量小，運行費用低，能達到節能降耗要求。根據對現有系統的運行費用分析，8年以后就能收回全部投資。 改造后的地源熱泵系統地下部分可保持49年穩定運行，地上機組部分可保持51年左右正常使用，系統控制自動化程度高，可實現室內溫度的調節。