电采暖之热泵供暖的5种常见方式及特点

随着夏季空调的广泛使用,我国用电高峰已逐渐从冬季转到夏季,从而使冬季电力供应能力过剩。需要增加冬季用电负荷,减少冬夏电负荷差,这是近年来各地推行电供暖的实质原因

直接电热相当于燃煤供热效率为30% ,无论如何不应推广。采用热泵技术,只要其电热转换效率大于3,就应是最节省一次能源的产热方式。因此当推广冬季用电供暖时,应该着重推广热泵方式。此外,由于热泵在夏天又可用作空调制冷,随着空调的大范围应用,就使得采用热泵并不比直接燃烧燃料方式增加一次投资。

热泵方式的主要问题是从哪种低温热源中取热,怎样使低温热源能够提供足够的热量,同时热泵又能高效提取。依低温热源不同,主要有如下形式:[1]

1、热泵型家庭热水机组

从室外或室内空气中提取热量制备生活热水,可使电热转换效率达3~ 4。当没有余热、废热可利用,并可承担较高的初投资时,这种方式应是提供家庭生活热水的最佳方式。我国应尽快开展这方面的产品开发。

2、空气源热泵

冬季从室外空气中提取热量为建筑供热,应是住宅和其他小规模民用建筑供热的最佳方式。在我国华北大部分地区,这种方式冬季平均电热转换率有可能达到3 以上。

目前的技术难点在于外温为0 ℃左右时蒸发器的结霜处理和为适应外温在5~ - 10℃范围内的变化,需要压缩机在很大的压缩比范围内都具有良好的性能。

值得注意的是,空气源热泵的另一技术方向是采用大型离心式压缩机配盐水冷却塔的热泵方式。通过同时调整压缩机转速和压缩机入口导向叶片,可以使这种压缩机在较大的压缩比范围内都具有较高的效率,而采用盐水冷却塔则避免了蒸发器结霜。这将成为大型建筑或区域供热供冷的最佳冷热源方案。

3、地下水水源热泵

即从地下抽水经过热泵提取其热量后再把水回灌到地下。这种方式用于建筑供热,其电热转换率可达到3~ 4。

这种技术在国内外都已广泛推广,但取水和回灌都受到地下水文地质条件的限制,并非处处适用。增大水侧供回水温差,把目前普遍使用的5 K 温差增加到10 ~ 12 K,可使需要的地下水循环量减少一半以上,从而可扩大这种方式的使用范围

4、污水水源热泵

直接从城市污水中提取热量,是污水综合利用的组成部分。据测算城市污水全部充当热源可解决城市近20% 建筑的供暖。

哈尔滨工业大学研制成功污水换热器,可直接大规模从污水中提取热量,并在哈尔滨实现了高效的污水热泵供热。如果进一步完善和大规模推广,应能成为我国北方大型城市建筑供暖的主要构成方式之一

5、地下埋管式土壤源热泵

通过在地下垂直地或水平地埋入塑料管,通入循环工质,成为循环工质与土壤间的换热器。在冬季通过这一换热器从地下取热,成为热泵的热源;在夏季从地下取冷,成为热泵的冷源。这就实现了冬存夏用或夏存冬用。

目前这种方式的问题是初投资较高,并且由于需要大量从地下取热、储热,仅适宜用于低密度建筑。1)与建筑基础有机结合,从而进一步降低初投资;2)提高换热管与土壤间的传热能力,以减少工质与土壤间温差,提高热泵效率:这两点是地下埋管式热泵要解决的主要问题。此方面的突破将使其有可能成为低密度建筑供暖空调冷热源的主要方式。

END 总结

热泵技术提供供暖热源比燃料直接燃烧要节能20% 以上,同时对使用地来说,又是最清洁的供暖热源。通过热泵技术如能解决1/ 4 城镇建筑的供暖,将大大缓解目前供暖与能源消耗、供暖与环境保护间的矛盾,电力负荷冬季与夏季的矛盾,实现高效的电驱动供暖。

参考资料:
[1] 江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005(05): 30-40.

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