建筑空调用能中对低品位能源综合利用

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1、建筑空调用能中对低品位能源的综合利用摘要：本文分析了建筑空调用能中的热泵技术对各种低品位能源的利用中存在的问题，提出了多热源耦合热泵系统，综合、互为补充地利用多种低品位的能源。减少空调用能中高品位能源的消耗，实现按质用能。关键词：空调用能低品位能源热泵综合利用引言在土壤、太阳能、水、空气、工业废热中蕴藏着无穷无尽的低品位热能，由于这些热能的温度与环境温度相近，因此无法直接利用。而热泵技术可以通过输入较少的高品位能源把这种低品位的热能提高到可以在建筑用能的温度，（如采暖、生活热水）。现在的热泵技术都是把某一种的低位热源与热泵技术结合，但是每一种

2、热泵技术的应用都有一定的不利因素，像土壤源热泵需要有较大的空间，并且地下换热器比较庞大；太阳能热泵具有间歇性，在晚上和全云天无法使用；地下水源热泵会对地下水造成污染，空气源热泵在冬季要考虑除霜等等。为此考虑可以把多种的热泵技术进行综合，综合各种热泵的优点，以避免不利因素，也就是对各种低品位的能源与热泵技术结合，互为补充、互为协调的利用多种低品位能源。1热泵原理7图1热泵原理图1是最简单的蒸汽压缩式热泵的工作原理图，它由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流膨胀阀组成。其中，压缩机起着压缩和输送制冷剂的作用，推动制冷剂循环的进行，是热泵系统的心脏；冷凝器

3、是热量输出设备，它将蒸发器吸收的热量连同压缩机所消耗的电功一起输送给供热对象；节流膨胀阀对制冷剂起到节流降压和调节循环流量的作用；蒸发器是热量输入设备，在此设备中，制冷剂通过时吸收低温热源的热量而蒸发。根据能量守恒定律，有：(热泵)，(制冷机)根据热力学第二定律，压缩机所消耗的电功起到补偿作用，使得制冷剂能够不断地从低温热源吸热，并向高温环境放热，周而复始地进行循环。因此，压缩机的能耗是一个重要的技术经济指标，一般用性能系数(coefficientofperformance，简称COP)来衡量装置的能量利用率，定义为：（热泵），（制冷机），显

4、然，由于和都大于0，因此热泵的COP值永远大于1，即输入较小的代价，就可以得到较大的收益。因此，可以说热泵是一种高效节能装置，如果把热泵机组应用于室外低品位热源和建筑环境之间，就可以实现常规空调的功能，因此，热泵技术也是空调领域内实施建筑节能的重要途径之一，对于节约常规能源、缓解大气污染和温室效应起到积极的作用。2各种低品位热源（汇）及相应热泵系统的分析2.1土壤热源（汇）系统7地球是一个庞大的蓄能体，在地球土壤中储存着取之不尽、用之不竭的地热能。地热能是一种典型的清洁能源，是可以再生的。在地表活动层的下面是一个常年温度不变的层，在这个层中，

5、温度随着深度的增加而增加，就目前来说，通过钻深井利用地热资源供给建筑用能是不经济的。但是地表浅层中蓄存的低品位热能的利用技术是比较成熟的。这主要是由于土壤作为热源（汇）具有一些优点：热容量大，土壤的温度比较稳定，变化幅度比较小，有适宜的温度范围，地表温度曾得温度变化规律为：[1]式中：为深h处时刻的温度；为地面的平均温度；为温度变化的周期；为温度变化的振幅；为土壤的导温系数。因此，土壤热可以作为热泵的源或汇，另外土壤的蓄能性能好，土壤温度变化比空气温度变化相位有延迟效应。土壤越深，延迟的时间越长，其利用的方法是利用热泵技术与浅层的地热能源相结

6、合，把浅层的地表作为庞大的热源或者热汇，成为土壤热源热泵。土壤源热泵是利用浅层的地热能源作为热源的闭路循环地源热泵系统(closed—loopsourceheat7Pump)，即通过载能循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间耦合和热量的传热。冬季热泵从浅层的土壤中取热，用于建筑供暖，同时蓄存冷量以备夏用；夏季热泵逆向运行，将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量以备冬用。因此，土壤源热泵既保持了地源热泵高效、稳定运行及维护费用低等优点，又可利用岩土的天然蓄能能力，且对周围环境影响较小，是一

7、种可持续发展的建筑节能新技术。但是，为了与大地土壤之间进行传热，需要有地下埋管换热器，并且，埋管内的载能流体与管外的土壤之间的换热系数小，能流密度很低，需要的地下换热器的表面积就很大，占据较大的地下和地上空间，初始投资也比较大。2.2太阳能太阳能属于取之不尽用之不竭的可再生的能源，具有以下几种优点，数量巨大，每年到达地球表面的太阳能是目前全球总能耗的两万倍；太阳能清洁、安全，几乎不会对环境产生环境污染。但是太阳能的能流密度低，在地面的任意表面上的太阳总辐射强度为：，式中为直射辐射强度；为总散射辐射强度；为阳光对平面的入射角。太阳能具有昼夜周期

8、性，产生供能的不连续性，如果直接利用，会使太阳能利用设备的转换设备和设备投资费用很高。太阳能热泵[2]7一般是指利用太阳能集热器作为蒸发器热源的耦合热泵系统，不同于