恒有源科技发展集团(微信号:HYYESSTD)专注于浅层地能作为建筑物供热的替代能源的科研、开发和推广。致力于原创技术的产业化发展,实现为建筑物无燃烧供热,大力发展地能热冷一体化新兴产业。
地源热泵设备的现状与未来
水源热泵系统是包含水文地质设备、热泵空调机组设备、电气自动化设备等的综合系统,所包括的内容很多,仅就其中几个问题做一总结。
水源热泵的设备主要是用于抽水的潜水泵和回灌用的地面水泵,由于地下水未经处理,含较高浓度的酸碱离子及泥沙等,需要抽水和回灌的水泵具有良好的耐腐蚀耐磨性质。开发耐磨耐腐蚀泵轴受力均衡的热泵潜水泵仍是一项重要课题。由于用户的供热量、供冷量的需求经常发生变化及地下土壤或含水层的温度场发生变化,致使换热器流量发生变化,因此需要对地源热泵系统水泵的流量进行调节。传统的调节阀门开度、增加旁通管等方法效率较低,国内已成功开发了可编程控制器和变频调速控制器,由换热器所需流量信号传递给水泵进行闭环控制,对于降低电能消耗延长水泵寿命具有重要意义,未来开发更加智能化的控制器仍是该领域的主要方向。
高温水源热泵一般是指可以直接回收利用20~55℃的低品位热资源,制出65~95℃热水的热泵机组,它能够满足高温水用户对出水温度的需求。发达国家早在1980年代就研制成功出水温度80℃以上的高温水源热泵,近几年我国也由中国科学院广州能源所等少数单位研制成功。未来研制出水温度流量不同、温度不同,满足不同用户的高效节能的高温水源热泵仍是国内外工程界面临的一个重要课题。鉴于我国具有中低焓浅层地热资源丰富,工业余热及中低温江河分布较广,生产研制具有更先进的具有自主知识产权的高温水源热泵对于我国这样一个能源消耗大国,正在全面建设小康社会的国家来说更是具有特殊意义。
地源热泵的机械运动部件少并且耐用,地下部分可保证50年因而维护成本低投资回收快。地源热泵系统所使用的制冷剂在工厂里注入密封,在使用过程中无泄漏,用户在使用时无需添加制冷剂,减轻了制冷剂对环境的破坏。我国热泵机组的研制起步虽然较晚,但随着近年来地源热泵的大规模推广,地源热泵机组的技术水平与国外先进水平已逐步缩小,有些已达到国际先进水平。
地源热泵机组具有多种用途,同一个系统可以供暖、制冷、供应热水。地源热泵机组与普通热泵机组相比差别不大,除蒸发器、冷凝器、压缩机外,增加了一个四通转换阀用于制冷与制热时管路方向的转换。研制适合我国不同地域特点,不同水温条件,不同土壤温度条件,不同使用时间和范围的空调设备也是当前及今后面临的重要课题。自动控制系统在地源热泵系统中的地位非常重要,尤其是现代控制理论对于解决像地源热泵系统这样复杂的被控对象比传统技术具有明显优越性,它在地源热泵系统的成功应用必将展现广阔的发展前景。
地源热泵设备的研制应注重生产中出现的实际问题的解决,包括水源热泵回灌困难,地源热泵使用时间达不到设计预期,地层中出现热积累,热泵机组与地源侧匹配不好等。总之,地源热泵系统各部分具有自身的特点,机组设备对于不同的地下土壤、水温、室外气象条件、室内舒适度等都要有很好的适应性。地源热泵系统与现代机械、热能、水文地质、现代控制理论等各学科紧密相连,今后随着相关科学技术的发展,地源热泵设备的研制与利用必将达到更高水平。
结语
(1)在能源需求剧增、生态环境问题加剧、二氧化碳减排量压力加大的背景下,地源热泵的研究和应用具有重要的现实意义,地源热泵具有广阔的发展前景。近年来我国地源热泵技术水平发展很快,一些方面已达到甚至超过国际先进水平,未来一定会在该领域做出更大贡献。
(2)我国在地源热泵软件开发方面主要是仅针对埋地换热器或地下抽回水侧进行了研究开发,对包括机组、用户、室外环境在内的整体模拟计算和优化研究开发还很少,这也是今后应该需要发展的方向。
(3)我国相对于发达国家,无论基础理论还是设备研制,地源热泵软件开发,系统的自动控制水平,使用规模等都方面都存在较大差距,必须积极消化吸收引进先进理论先进设备,力争早日达到先进水平。
(4)地源热泵目前尚存在地下水回灌困难,地下水污染,热贯通,地下热积累,地下温度场改变,热泵的环境影响,初投资较高等许多问题未来都亟需解决。这些问题的解决必将产生良好的经济效益和社会环境效益。(作者:中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院 孙海洲,武强,曾一凡,曹彬)
选自_《中国地能》