建筑雜志投稿建筑空調用能中對低品位能源的綜合利用

發布時間：2014-12-11所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1250次

摘 要： 摘要：本文分析了建筑空調用能中的熱泵技術對各種低品位能源的利用中存在的問題，提出了多熱源耦合熱泵系統，綜合、互為補充地利用多種低品位的能源。減少空調用能中高品位能源的消耗，實現按質用能。 關鍵詞：空調用能低品位能源熱泵綜合利用 引言 在土壤、

摘要：本文分析了建筑空調用能中的熱泵技術對各種低品位能源的利用中存在的問題，提出了多熱源耦合熱泵系統，綜合、互為補充地利用多種低品位的能源。減少空調用能中高品位能源的消耗，實現按質用能。本文選自：《世界建筑導報》直接向國內外著名建筑師、設計事務所組稿，采集第一手技術資料，現已編印出版了總98期，其中有多種形式的專刊和合訂本�！秾蟆穲D片精美，文字簡練, 中英對照, 信息量大。它是了解世界建筑趨勢的窗口，設計各類建筑的資料庫，學習建筑學的良師益友，有收藏價值的中英文建筑雜志。

關鍵詞：空調用能低品位能源熱泵綜合利用

在土壤、太陽能、水、空氣、工業廢熱中蘊藏著無窮無盡的低品位熱能，由于這些熱能的溫度與環境溫度相近，因此無法直接利用。而熱泵技術可以通過輸入較少的高品位能源把這種低品位的熱能提高到可以在建筑用能的溫度，（如采暖、生活熱水）。

現在的熱泵技術都是把某一種的低位熱源與熱泵技術結合，但是每一種熱泵技術的應用都有一定的不利因素，像土壤源熱泵需要有較大的空間，并且地下換熱器比較龐大；太陽能熱泵具有間歇性，在晚上和全云天無法使用；地下水源熱泵會對地下水造成污染，空氣源熱泵在冬季要考慮除霜等等。為此考慮可以把多種的熱泵技術進行綜合，綜合各種熱泵的優點，以避免不利因素，也就是對各種低品位的能源與熱泵技術結合，互為補充、互為協調的利用多種低品位能源。

1熱泵原理

圖1熱泵原理

圖1是最簡單的蒸汽壓縮式熱泵的工作原理圖，它由壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流膨脹閥組成。其中，壓縮機起著壓縮和輸送制冷劑的作用，推動制冷劑循環的進行，是熱泵系統的心臟；冷凝器是熱量輸出設備，它將蒸發器吸收的熱量連同壓縮機所消耗的電功一起輸送給供熱對象；節流膨脹閥對制冷劑起到節流降壓和調節循環流量的作用；蒸發器是熱量輸入設備，在此設備中，制冷劑通過時吸收低溫熱源的熱量而蒸發。

根據能量守恒定律，有：

(熱泵)，(制冷機)根據熱力學第二定律，壓縮機所消耗的電功起到補償作用，使得制冷劑能夠不斷地從低溫熱源吸熱，并向高溫環境放熱，周而復始地進行循環。因此，壓縮機的能耗是一個重要的技術經濟指標，一般用性能系數(coefficientofperformance，簡稱COP)來衡量裝置的能量利用率，定義為：

（熱泵），（制冷機），

顯然，由于和都大于0，因此熱泵的COP值永遠大于1，即輸入較小的代價，就可以得到較大的收益。因此，可以說熱泵是一種高效節能裝置，如果把熱泵機組應用于室外低品位熱源和建筑環境之間，就可以實現常規空調的功能，因此，熱泵技術也是空調領域內實施建筑節能的重要途徑之一，對于節約常規能源、緩解大氣污染和溫室效應起到積極的作用。

2.1土壤熱源（匯）系統

地球是一個龐大的蓄能體，在地球土壤中儲存著取之不盡、用之不竭的地熱能。地熱能是一種典型的清潔能源，是可以再生的。在地表活動層的下面是一個常年溫度不變的層，在這個層中，溫度隨著深度的增加而增加，就目前來說，通過鉆深井利用地熱資源供給建筑用能是不經濟的。但是地表淺層中蓄存的低品位熱能的利用技術是比較成熟的。這主要是由于土壤作為熱源（匯）具有一些優點：熱容量大，土壤的溫度比較穩定，變化幅度比較小，有適宜的溫度范圍，地表溫度曾得溫度變化規律為：[1]

式中：為深h處時刻的溫度；為地面的平均溫度；為溫度變化的周期；為溫度變化的振幅；為土壤的導溫系數。

因此，土壤熱可以作為熱泵的源或匯，另外土壤的蓄能性能好，土壤溫度變化比空氣溫度變化相位有延遲效應。土壤越深，延遲的時間越長，其利用的方法是利用熱泵技術與淺層的地熱能源相結合，把淺層的地表作為龐大的熱源或者熱匯，成為土壤熱源熱泵。

土壤源熱泵是利用淺層的地熱能源作為熱源的閉路循環地源熱泵系統(closed—loopsourceheatPump)，即通過載能循環液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間耦合和熱量的傳熱。冬季熱泵從淺層的土壤中取熱，用于建筑供暖，同時蓄存冷量以備夏用；夏季熱泵逆向運行，將建筑物內的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量以備冬用。

因此，土壤源熱泵既保持了地源熱泵高效、穩定運行及維護費用低等優點，又可利用巖土的天然蓄能能力，且對周圍環境影響較小，是一種可持續發展的建筑節能新技術。但是，為了與大地土壤之間進行傳熱，需要有地下埋管換熱器，并且，埋管內的載能流體與管外的土壤之間的換熱系數小，能流密度很低，需要的地下換熱器的表面積就很大，占據較大的地下和地上空間，初始投資也比較大。

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