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董宏伟:物联网+地源热泵如火如荼

文章来源:今日头条 作者:【*】 点击:次 时间:2018/6/5 14:30:00
万物互联和清洁供暖时代正式到来。随着国家清洁供暖工作的深入开展,地源热泵、空气源热泵及水源热泵+物联网应用更加普遍,其中地源热泵和物联网的有效融合就开展的如火如荼,特别是在被成为千年大计、国家大事的雄安新区,地源热泵+物联网更是强势起航。在浅层地热能方面,雄安新区地热资源非常丰富,拥有适宜的可开发利用条件,平均每铺设1平方米地埋管可满足2~3平方米建筑面积的供暖制冷需求,综合利用地源热泵系统供暖制冷,初期可满足3000万平方米建筑面积,远期可满足约1亿平方米建筑面积。 国家发展改革委、财政部、能源局等部委联合发文明确了清洁供暖的相关重要工作,其中就明确要求要编制清洁供暖专项规划、加快推进燃煤热源清洁化、大力发展可再生能源供暖等,对充分利用多种能源形式进行供暖进行了引导。其中提到的地热能利用就可以采用地源热泵机组进行,机组相关设备可通过物联网技术进行联结,将监测温度、振动等相关的传感器设置于热泵机组等相关部位,以准确掌握机组的运转情况和相关数据,再利用人工智能来进行分析,从而达到智能操作和提高生产效率的目的。因为物联网技术可以实现远程控制,所以地源热泵+物联网在一些存在风险的情况下,完全可以不用派人到现场就可以远程处理相关问题,显示出物联网技术在地热资源开发和利用方面所具备的独特优势。 地源热泵(也称“地热泵”),从字面上看,“地源”就是从地下获取能源和资源,而获取能源的载体则是“热泵”机组。地源热泵,是一种有效利用浅层和中深层的大地能量,包括土壤、地下水和地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源,再由热泵机组向建筑物供冷或供热的系统,是一种“利用可再生能源”的新型空调系统,所有使用大地作为冷热源的热泵全部可称为地源热泵,包括土壤热泵(即地耦合热泵),地下水热泵,地表水热泵(包括江河湖海的水)等,其实严格来说,地源热泵也属于水源热泵的一种。地源热泵的水源来源于地下埋管的闭式环路,源水侧的水通过地下埋管与地下进行热交换,而不会产生物质交换。冬季,热泵机组从地下(浅层水体或岩土体)中吸收热量,向建筑物供暖;夏季,热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中,实现建筑物空调制冷。根据“地热交换”形式的不同,地源热泵系统可以分为“土壤源热泵系统”、“井水源热泵系统”和“地表水热泵系统”等三类系统。 近年来地源热泵得到广泛应用,其明显的优势主要表现为:第一,充分利用可再生能源:地源热泵系统可以充分利用地球表面浅层地热资源(简称地能,通常深度小于400m)作为冷热源,并通过地表土壤、地下水或江河湖海等地表水吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温热能。地球地表浅层其实是一个巨大的太阳能集热器,不受地域、资源等限制,是真正的量大面广、无处不在的能量收集器。所以这种储存于地表浅层并类似于一种无限的可再生资源,使得地能也成为清洁的、可再生能源的一种重要形式;第二,机组运行稳定,高效经济:相对空气及水源,地能温度在一年四季的时间内都相对稳定,冬季地能温度比环境空气温度高,夏季地能温度比环境空气温度低,非常适合做热泵机组的冷、热源,所以这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%以上,另外,由于地能温度非常恒定的特点,使得地源热泵机组运行更可靠、稳定、也保证了整个供暖制冷系统的高效性和经济性。据国内外权威机构测算,对于设计科学、安装良好和运行合理的地源热泵机组,平均可为用户节约30%~40%的供热制冷空调的运行费用;第三,环境保护效益显著:与空气源热泵相比,地源热泵的污染物排放可减少40%以上,与电供暖相比,可减少70%以上,如果结合其他节能措施,节能效果将会更加明显;与其他空调方式相比,可极大地减少CO2的排放量。地源热泵系统的运行无污染、无燃烧、无排烟、无废弃物,因此不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量;第四,感受舒适程度高:地源热泵系统的供冷、供热更为平稳,降低了停、开机的频率和空气过热及过冷的峰值,这种系统特点更容易适应供冷,供热负荷的切换和运行;第五,可以一机多用,应用范围广:地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水。一机多用,应用广泛,包括宾馆、商场、办公楼、学校等公共建筑;第六,自动化程度高,寿命长,维护费低:地源热泵机组由于工况稳定,可以设计为简单系数,部件较少、机组运行简单可靠,维护费用低;机组使用寿命长,均在20年以上;机组紧凑、节省空间;自动控制程度高,可无人值守。当然地源热泵也有些不可避免的缺点,一般来说地源热泵的价格与住宅面积存在直接关系,目前来说,家用地源热泵系统价格在每平米700元以上,所以相对于空气源热泵、水源热泵而言,地源热泵机组的初投资成本较高一些。 在具体的地源热泵机组+物联网选择上,在结合当地资源特点及客户需求的基础上,需要重点考虑如下要素:第一,机组蒸发器 /冷凝器面积及监测传感器数量,会直接影响换热效果;第二,地埋管进出口的水温差会影响到换热量,从而影响到机组的运行效率;第三,地源热泵机组的容量应立足当前供暖制冷需要,并适当考虑远期需求,留有一定的扩展空间;第四,地埋管换热器管理形式选择,选择水平管还是垂直埋管;第五,地埋管换热器环路形式选择,选择串联还是并联。:地埋管换热器中流体流动的环路形式有串联和并联两种。 最近,地源热泵技术出现了冰源热泵供能系统等新的创新形式,该技术创新研发和集成了过冷水制冰释热技术,通过把制冰过程的热传递和冰水相变两个环节从空间上分离,并使低温水源水在制冰装置中实现可控按比例结冰,解决了常规水源热泵系统冬季供热时蒸发器内结冰损坏设备、系统低温保护而不能正常运行的问题。冰源热泵供能系统,主要设备及部件包括:沉淀悬浮分离设备、源侧循环泵、冰水混合物制备机组、热泵机组、中介水泵、负荷侧循环泵、室内末端、冰源热泵机组、冰水分离设备、跨季储能槽等。这种创新的地源热泵系统存在如下优点:第一,系统解决常规热泵机组热源水出水温小于等于4℃,设备运行保护和蒸发器内结冰损坏等问题,是一种安全、高效的热泵系统;第二,系统可利用所有近冰点的低温地表水资源(直接水源)和地热能资源(间接水源),使用范围广;第三,通过水资源显热和潜热同时利用,减少水资源需求总量,此系统冬季用水量仅为常规系统的1/20; 第四,系统与土壤换热器结合,可解决土壤换热器取热问题,减少土壤冷堆积添加乙二醇造成的污染;第五,系统通过制冰和土壤蓄冷实现跨季节蓄能,提高全年运行能效,大大降低运行费用。(文/中国电子商务协会行业专家 董宏伟)
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