小型地源熱泵制冷系統設計
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- 120504123-孫建寬-熱能121-齊安賓1 緒論
能源是人類賴以生存和發展的物質基礎，隨著人類文明的進步和社會的發展，人類對能源的消耗越來越多，人的生活中衣、食、住、行、文化娛樂等等，都需要消耗大量的能源。在最近二、三十年里，世界各國生產用電大幅度增加。在一些工業發達國家，現代化水平較高的城市，民用電量比例很大。同時隨著人們對舒適生活條件的要求提高，用于采暖和空氣調節方面的能耗占能源總量的比例逐步增加。自1945年以來，采暖和空氣調節用能量每年平均以5%左右的速度增長。因此，導致能源枯竭、環境惡化等嚴重后果。
我國是一個人口眾多、人均能源占有量低于世界平均水平的發展中大國，能源供給不足已成為制約經濟社會發展的重要因素�？茖W用能實在信息時代發展進程中對節能工作的一次升華，是以科學發展觀為指導，為解決制約經濟和社會可持續發展的能源瓶頸問題而建立的新理念和尋找的新出路，即運用熵定律和耗散結構理論，對能源世界觀進行深入研究�？茖W用能是實現節能為本的具體措施。其具體措施主要指科學使用能源、科學配置能源和科學管理能源。
1.1地源熱泵簡介
地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源進行供熱、供冷的新型空調器。它就像泵一樣，可以利用高位能使熱量把土壤或者地下水中的低位熱能轉換為可以利用的高位熱能，從而達到節省部分高溫能（如煤、燃氣、油、電能等）的目的。
由于其熱源溫度比較高，全年穩定，不隨外界環境溫度的變化而變化，所以不管是冬季供暖還是夏季制冷，地源熱泵的COP都要比其他熱源形式的熱泵高出許多。目前地源熱泵在許多國家已經得到普遍的應用。
1.1.1 地源熱泵的應用現狀
地埋管地源熱泵系統是由傳熱介質通過豎直或水平土壤換熱器與巖土體進行熱交換的地源熱泵系統，也稱為地耦合系統。近年來，地下埋管換熱器類型、土壤換熱器傳熱分析、土壤熱物性參數有效性測試及施工工藝成為地埋管熱泵系統的熱點研究內容。
地表水源熱泵系統(SWHPs，Surface Water HeatPumps System)是地源熱泵的一種系統方式。它是利用的低位熱能是地球表面如河流、湖泊或水池等水源。地表水水體的溫度變化規律、地表水熱泵系統的換熱研究、針對不同地表水特定設備研發逐漸成為研究的熱點內容。
地下水源熱泵系統(Ground Water Heat PumpSystem，GWHPs)是采用地下水作為低品位熱源，并利用熱泵技術，通過少量的高位電能輸入，實現冷熱量由低位能向高位能的轉移，從而達到為使用對象供熱或供冷的一種系統。地下水源熱泵系統適合于地下水資源豐富，并且當地資源管理部門允許開采利用地下水的場合。近年來，地下水的水質處理及地下水的回灌技術成為研究的主要內容。
對于冷熱負荷差別比較大，或者單純利用地源熱泵系統不能滿足冷負荷或熱負荷需求時，經技術經濟分析合理時，可采用復合式地源熱泵系統。其研究熱點主要集中在地源熱泵復合系統可行性研究，地源熱泵復合系統經濟性分析研究，地源熱泵復合系統運行特性實驗研究和數值模擬，復合式地源熱泵系統運行策略研究以及新型的復合式地源熱泵系統開發等。典型的復合式地源熱泵系統主要包括地源熱泵與太陽能復合式系統、地源熱泵與冰蓄冷復合式系統、地源熱泵與冷卻塔復合式系統、地源熱泵熱水系統等。
1.1.2 其他熱泵系統簡介
空氣源熱泵�？諝庾鳛榈臀粺嵩�，取之不盡，用之不竭，處處都有，可以無償地獲取�？諝庠礋岜醚b置的安裝和使用都比較方便。其主要特點是：室外空氣的狀態參數隨地區和季節的不同而有很大的變化，這對熱泵的容量和制熱性能系數影響很大；一般來說，當室外空氣相對濕度大于70%，溫度為3～5℃時，機組室外換熱器就會結霜，致使空氣源熱泵的制熱量、制熱性能系數和可靠性下降；空氣的熱容量小，為了獲取足夠的熱量，則需要較大的空氣量，因而風機的容量較大，致使空氣源熱泵裝置的噪聲較大。
水源熱泵。水源熱泵就是用水作為熱泵的低位熱源的熱泵裝置。可作為低位熱源的水有地表水（河水、湖 水、海水等），地下水（深井水、泉水、地熱尾水等），生活廢水、工業污水和工業設備冷卻水等。水源熱泵的優點是：水的熱容大，傳熱性能好，所以換熱設備較緊湊；水溫較穩定，因而使熱泵的運行工況較穩定。其缺點是：熱泵裝置必須靠近水源，或設有一定的蓄水裝置；其次，對水質也有一定的要求，應進行水質分析后采用合適的換熱器材質和結構型式，以防止出現腐蝕等問題
太陽能熱泵。太陽能是一種無窮無盡，無公害的干凈能源。太陽能熱泵是一種把溫度較低的太陽能提升到30～50℃，再進行供熱的裝置。其主要優點是：可以采用結構簡單，與建筑物做成一體的低溫平板集熱器，其效率較高；熱泵用的集熱器成本較低是它的最大優點；熱泵可不設除霜裝置。其缺點是：要解決太陽能利用的間歇性和不可靠性問題；投資較高。
隨著我國“十一五”節能規劃和《可再生能源法》的頒布實施，可再生能源的建筑利用日益引起人們的重視。建筑節能與可再生能源利用成為焦點問題之一，而淺層地能與地源熱泵系統在解決此問題具有重大優勢。
截至2012年底，我國以地源熱泵相關設備產品制造、工程設計與施工、系統集成與調試管理維護的相關企業已經達到3 450余家，從全國范圍看來，現有工程數量已經達到5 000多個，總面積達2.4×108m2。項目比較集中的地區有北京、河北、河南、山東、遼寧和天津，80%的項目集中在我國華北和東北南部地區。隨著地源熱泵技術在我國的發展，可再生能源建筑應用示范城市中，北京市、天津市、大連市、上海市、青島市、深圳市、重慶市，河北、河南、山西、山東、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、江西、浙江、安徽、福建、湖北、河南、海南、四川、貴州、陜西，內蒙古自治區、寧夏回族自治區、新疆維吾爾自治區、廣西壯族自治區、新疆生產建設兵團，共有144個與地源熱泵有關的項目，其示范工程總面積為1 578.09萬m2。其中的典型項目包括北京九華山莊、北京中關村用友軟件園一期、國家北方苗木培訓基地、北京果品市場、南京朗詩國際街區、武警遼寧省總隊指揮中心、西安都市之門、寧波市嘉樂企業辦公樓、北京海淀外國語實驗學校、國家大劇院、青島銀盛泰國際商務港及城陽經貿中心、大連星海灣商務區、黃龍月亮灣大酒店、湖南湘潭城市中心區、重慶市開縣人民醫院、威海之星、北京奧運村、青島國際帆船中心媒體中心、寧波銀鳳度假村、北京建研科技園、廣西大學學生公寓、南寧市建興苑小區高層建筑公寓—辦公大樓、寧波鄞州區國稅局辦公大樓等，關于上述項目具體概況見《中國地源熱泵發展報告(2008)》。...
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