地源热泵在江浙地区的适宜性分析

   2010-09-19 浙江有色华中科大地源热泵研究中心4140

   江浙地区如何从实际出发,因地制宜地推广应用地源热泵技术,如何发挥江南地区的优势,规划与设计出江南地区地源热泵技术的运用策略。以下对“江南模式“的理念、主要观点及构想进行简要分析。

    长江以南地区(此处重点指苏南、上海及浙北部分地区)夏热冬冷,从暖通空调的角度来讲,既需要夏季制冷,又需要冬季供暖,夏季制冷时间长,冬季供暖时间短;空调工况下,夏季冷负荷相当于冬季热负荷的2倍以上,这是江南地区的气候特点;江南地区湖网密布,地表水资源丰富,但绝大部分湖(河)水因保护生态环境,被限制使用。长江水除南京、镇江外,远离城市,鞭长莫及。江南地区经济和社会发展水平较高,城市及工业污水处理的规模较大,应该说发展污水源热泵的潜力很大,但由于种种原因,目前真正能上污水源热泵的项目很少。因而江南地区用地表水发展水源热泵的可能性较小;江南地区浅层地下水资源十分丰富,但由于上海及苏南地区曾经因过量开采地下水而导致地表沉降,所以各级政府对江南地区开采利用地下水不仅仅是限制,而是禁止。因而江南地区(特别是苏锡常及上海)利用浅层地下水发展水源热泵,几乎是不可能的。但是,江南地区特别是苏锡常、上海、苏中以南地区、浙江嘉兴地区及杭州、湖州、绍兴大部分地区,绝大部分为冲积平原,钻井成本低,而且地质岩土层含水量丰富,浅层地下水渗流移动速度较快,发展土壤源热泵的条件得天独厚。因此江南地区发展地源热泵的重点无疑就是土壤源热泵。江南地区的气候特点决定了空调夏季制冷时间长,冬季供暖时间短,从土壤源热泵系统来讲,夏季制冷系统往地下的排热量远远大于冬季供暖系统从地下的取热量。因此,从低碳经济和可持续发展的高度出发,针对江南地区的气候特点、地理特点、地质特点、资源特点和项目功能要求特点,科学合理地解决好地下热平衡,最大限度地将多余的热量从排放的“废弃物”回收为宝贵的热能资源,充分发挥地源热泵系统高效、节能、环保和多功能的综合优势,实现资源价值利用的最大化和负面影响的最小化,是应用地源热泵技术的“江南模式”的核心内容。
    根据实际情况,“江南模式”可分为“最佳模式”和“基本模式”。
    1、“最佳模式”是以满足夏季冷负荷为基础安排空调与供暖,利用“系统热回收”或机组热回收的方式,生产相对应量的生活热水或增加转移到其它建筑物所需的热量,科学合理地“消化”系统排出的多余热量,实现地下温度场热平衡的地源热泵技术应用模式。
    实际工程中,空调工况下向地下的排、取热量之差巨大,有的达几千MWh(1MW=1000KW),如此巨大的热量被科学合理的利用起来,一方面成了生产热水的宝贵热能资源,大大节约了生产运行成本;另一方面减少甚至取消了向大气层的大量废热排放。地源热泵系统采用“系统热回收”的方式生产热水,未设置冷却塔,其运行使用、节能和地下热平衡效果十分理想。对有些只有部分热水需求的项目,仍然可以划入“最佳模式”的范畴,起码可以将冷却塔变少变小。有些项目虽然建筑自身无热水需求,但可以将热水或热量转移到相邻或相近的场所使用。商场夏季空调制冷工况下,通过“系统热回收”中的“直接热回收”生产热水,冬季和春秋过渡季利用夜间谷电时段生产热水,可大大降低生产热水的运行成本。通过向用户供应热水还可创造一笔可观且稳定的利润。适用“最佳模式”的项目,应坚持三个原则:一是使用功能(主要指热水)上确有需求,二是负荷(主要指空调总冷热负荷与热水负荷的比例)计算上要恰如其分,三是使用效果上要恰到好处。保证地下热平衡的关键技术是各种负荷的设计、计算与模拟,找准平衡点;其次是对地下温度场变化情况的监测和调控,有科学可行的调控措施和手段,在动态中求平衡。

    2、“基本模式”是以满足冬季热负荷为基础安排制冷和供暖,采用复合式补充冷源满足夏季制冷需求,实现地下热平衡的地源热泵技术应用模式。适用基本模式的项目(特别是用冷却塔作为补充冷源和调峰措施的项目)在发挥地源热泵系统节能、环保和多功能的优势方面,在对资源价值利用的最大化和负面影响的最小化方面,比适用最佳模式的项目相对逊色一些,但比起其他传统中央空调系统,仍具有很大优势。就江南地区而言,在实际项目应用中,所占比例可能更大一些。应用基本模式的地源热泵项目,需要有复合式冷源作为冷量补充和调峰措施,这就为应用地表水(江、湖、河、溪水以及景观湖、景观池、景观喷泉、景观瀑布等)地源热泵,提供了广阔的使用空间。海水源、江水源、污水源热泵作为地表水地源热泵的一种形式,一般要么不做,要做项目都比较大,基本都是单独做。因而海水源、江水源、污水源热泵一般不会成为土壤源热泵复合冷源的补充。冷却塔+锅炉是传统冷、热水中央空调的基本模式,应用地源热泵基本模式后,锅炉取消了,有些项目由于资源条件限制,还不得不使用冷却塔作为补充冷源。虽属无奈之举,但仍“功”不可没。因为整个项目采用地源热泵系统,“节能”和“减排”仍占大头。另外一种成熟可行的技术,就是地源热泵(或水源热泵)+冰(水)蓄冷(热),这种做法符合国家削峰填谷的用电政策,也是国家积极倡导推广的新技术,不仅节能,而且使用起来更加经济。

 
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