地源热泵和光伏供热采暖系统.docx

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地源热泵和光伏供热采暖系统

本科生产实习报告

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地源热泵

一．原理

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源〔如电能实现由低品位热能向高品位热能转移。

通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4.4kWh以上的热量或冷量。

〔1地源热泵技术属可再生能源利用技术。

由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源〔通常小于400米深作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。

地表浅层地热资源可以称之为地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。

它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。

这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

〔2地源热泵属经济有效的节能技术。

其地源热泵的COP值达到了4以上,也就是说消耗1KWh的能量,用户可得到4KWh以上的热量或冷量。

〔3地源热泵环境效益显著。

其装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。

〔4地源热泵一机多用,应用范围广。

地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于别墅住宅的采暖。

5地源热泵空调系统维护费用低。

地源热泵的机械运动部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候,机组紧凑、节省空间；自动控制程度高,可无人值守。

由以上的特点可以看出,地源热泵技术以后可得到广泛的应用。

然而,地源热泵要实现制冷制热,则需要给它提供动力来输送制冷制热管道中的循环水,传统机房可提供动力,但施工起来比较复杂,难度高,周期长,采购的材料种类多,需库存,漏水隐患大等等问题,针对这些问题,市场上开发了一款新型的动力输配系统设备-----节能空调机房。

此机房系统是将传统机房中的所有部件进行集成模块化,实行一体化安装的模式。

不仅在施工难度上大大降低了,而且无需库存,漏水隐患大大降低了,还能与主机进行无限联动等等,由此可以看出,节能空调机房实为一款为暖通行业提供一整套的解决方案。

总而言之,节能空调机房、水力平衡分配器、多功能水箱与地源热泵的结合为整个暖通系统增加亮点,同时在安装上便捷了很多。

施工时间、采购周期都大大缩短了,人工成本也将低了等等。

由此可见节能空调机房与地源热泵的配合是未来暖通行业必然的发展趋势。

水源/地源热泵有开式和闭式两种。

开式系统：

是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。

该系统需配备防砂堵,防结垢、水质净化等装置。

闭式系统：

是在深埋于地下的封闭塑料管内,注入防冻液,通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。

闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。

1、垂直埋管--深层土壤

垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。

垂直埋管通常安装在地下50-150米深处,一组或多组管与热泵机组相连,封闭的塑料管内的防冻液〔塑料管中是水,水中的防冻液根据当地气候条件决定加多少将热能传送给热泵,然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。

垂直埋管是地源热泵系统的主要方式,得到各个国家的政府部门大力支持。

2、水平埋管--大地表层　在地下2米深处水平放置塑料管,塑料管内注满防冻的液体,并与热泵相连。

水平埋管占地面积大,土方开挖量大,而且地下换热器受地表气候变化的影响。

3、地表水

江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。

地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量,达到制热或制冷的目的。

利用地表水的热泵系统造价低,运行效率高,但受地理位置〔如江河湖海和国家政策〔如取深井水的限制。

二．主要设备

地埋管---地源侧水泵---机组---空调侧水泵----风盘〔地暖----控制系统

三．主要类型

1.水平式地源热泵

水平式地源热泵

通过水平埋置于地表面2～4M以下的闭合换热系统,它与土壤进行冷热交换。

此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物,如别墅和小型单体楼。

该系统初投资和施工难度相对较小,但占地面积较大。

2.垂直式地源热泵

通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M～400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。

此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物,周围有一定的空地,如别墅和写字楼等。

该系统初投资较高,施工难度相对较大,但占地面积较小。

3.地表水式地源热泵

地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。

此种系统适合于中小制冷供暖面积,临近水边的建筑物。

它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性,不需钻井挖沟,初投资最小。

但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域。

4.地下水式地源热泵

地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。

地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。

此系统适合建筑面积大,周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。

太阳能

一，技术原理

太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的,来自太阳的辐射能量。

人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。

植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳,并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。

煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的一次能源。

地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

与原子核反应有关的能源正是核能。

原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量,称为原子核能,简称核能,俗称原子能。

它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源,以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。

这些物质在发生原子核反应时释放出能量。

目前核能最大的用途是发电。

此外,还可以用作其它类型的动力源、热源等。

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。

地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369w/㎡。

地球赤道周长为40,076千米,从而可计算出,地球获得的能量可达173,000TW。

在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2,地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡,相当于有102,000TW的能量。

尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤,每秒照射到地球的能量则为499,400,00,000焦。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料〔如煤、石油、天然气等从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

二．主要分类

光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,

由几乎全部以半导体物料〔例如硅制成的固体光伏电池组成。

简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供照明以及交通信号灯和监控系统,并入电网供电。

光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电能。

天台及建筑物表面均可使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

据调研显示由于产能过剩导致全球5大制造商利润缩水,20XX光伏组件安装量将有所减少,这是10余年来首次出现下降。

据彭博6位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装24.8GW的光伏组件。

这相当于约20座核反应堆的发电量,但与新增27.7GW的光伏装机量相比下降10%。

据彭博新能源财经估计,自1999年以来年均安装量已增长61%。

光热

现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力。

除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

三．基本特点

优点

〔1普遍：

太阳光普照大地,没有地域的限制,无论陆地或海洋,

无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,便于采集,且无须开采和运输。

〔2无害：

开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。

〔3巨大：

每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

〔4长久：

根据太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。

缺点

〔1分散性：

到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。

平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1,000W左右；若按全年日夜平均,则只有200W左右。

而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右,这样的能流密度是很低的。

因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。

〔2不稳定性：

由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。

为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨天使用,但蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

〔3效率低和成本高：

太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。

但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,现在的实验室利用效率也不超过30%,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。

在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。

四．应用

集热器

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。

另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。

太阳能集热器〔solarcollector在太阳能集热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。

按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。

按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。

另外还有一种真空集热器：

一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。

自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

热水系统

早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。

太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。

此外,可能还有辅助的能源装置〔如电热器等以供应无日照时使用,另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。

依循环方式太阳能热水系统可分两种：

1．自然循环式：

此种型式的储存箱置于收集器上方。

水在收集器中接受太阳辐射的加热,温度上升,造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差,因此引起浮力,此一热虹吸现像,促使水在储水箱及收集器中自然流动。

由于密度差的关系,水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。

此种型式因不需循环水,维护甚为简单,故已被广泛采用。

2．强制循环式：

热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。

当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水使水流动。

水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流,引起热损失。

由此种型式的热水系统的流量可得知〔因来自水的流量可知,容易预测性能,亦可推算于若干时间内的加热水量。

如在同样设计条件下,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水,故有水电力、维护〔如漏水等以及控制装置时动时停,容易损坏水等问题存在。

因此,