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什么是地源热泵?它是如何工作的?

用户Haseeb Jamal的配置文件图片
作者:哈西布·贾马尔/关于:2020年9月9日/可再生能源,研究,地源热泵
什么是地源热泵?

什么是地源热泵(GSHP)?

“地源热泵(GSHP)利用埋在地下的管道从地下提取热量。然后,这些热量可以用于加热散热器中的水、地板下供暖以及提供热水。”(节能信托基金,2007年)。

什么是地源热泵?地源热泵利用地球通过太阳辐射获得的热量或热能。由于地球内部在一定深度后温度恒定,外部温度随大气条件的变化而频繁变化。地源热泵通过地下管道的闭合回路循环液体来完成其工作。这种液体从土壤中吸收热量,并被输送到建筑物上的热泵,以加热房屋。在夏季,循环流体将热量从建筑物转移到地面,并通过已经铺设的地下水管将热量传递到地面。它是提取和输送热量最有效的技术之一。由于地面是主要的能源来源,这一事实使这项技术更加自给自足、廉价,因而可行。(崔文芳,2015)

安装地源热泵前的地质考虑

白沙瓦Hayatabad地源热泵管道铺设

地源热泵是如何工作的?

在冬天,水从建筑物内部泵出,在埋在地下的管道回路中循环。地面的内部温度高于外部,加热水。然后,温水通过管道在建筑物内循环,热量通过加热周围环境来消耗,水变冷并返回地面,通过储存在地球内部的热量来加热。一台地热热泵可以在冬季将储存在地下的热量传输到建筑物中,在夏季将热量传输到建筑物外。GSHPs的成功运行也不需要任何特定的地质条件,如温泉等。与传统模式相比,地源热泵系统不仅具有高效性,还提供了诱人的优势,如环保、低维护成本、建筑美观和投资回报。使用地源热泵的概念早在1912年的瑞士专利中就有了。(崔文芳,2015)

地源热泵的意义及应用

地源热泵效率高,是其最大的效益之一。出于同样的原因——效率——地源热泵系统在财务上更加可行。如果地源热泵系统绝缘良好,它可以提供3-4.5倍的电能用于家庭供暖。只有当地源热泵将热量从一个地方转移到另一个地方,而不是燃烧燃料或发电时,才能实现高达4.5的高性能系数(COP)。例如,就所提供的热能而言,最好的燃油炉的效率仅为100%,而COP为4.5意味着效率为450%。

该研究在可再生能源和替代能源领域具有重要意义,因为它将提高人们对地源热泵安装成本和价格的认识。它还将使读者了解该系统的价格范围,从而更好地为他们在使用节能和寻求替代/可再生能源手段方面作出更明智的决定做好准备。

地源热泵(GSHPs)为传统供暖和制冷系统提供了更高效、更环保的替代方案。利用地球恒定的地下地面温度来产生加热和冷却,GSHPs可以减少对化石燃料的依赖,减少温室气体排放,并在经济上更可行地用于加热和冷却目的。地源热泵的另一个优点是,它们可以有效地切换到反向,这样它们可以以两种方式运行,既可以加热建筑物,也可以冷却建筑物。标准的空调机组是空对空热泵,在炎热的天气里高效运行,因为它们必须努力工作,将热量排到已经处于较高温度的散热器中。对于地源热泵而言,热泵的运行效率要高得多,因为它将热量输送到相对较冷的水库(地面)。(班克斯,2008年)同样的废热也可以在寒冷天气中用于加热建筑物。

地源热泵的成本

地源热泵系统的成本高于传统系统(Imal、Yılmaz和Pınarbaşı,2015),但地源热泵的性能系数(COPH)比传统空调机组更好。大多数GSHPs的COPH至少为3,在良好运行条件下甚至可以达到4。地源热泵是最有效的,因此污染最小的供热、制冷和热水系统之一。(科罗拉多可再生能源协会,2019年)因此,GSHPs可以通过合并每月节省的电费/煤气费来偿还其全部投资成本。如果对标准/传统暖通空调系统应用相同的回收概念,就永远不会有真正的回收,因为没有节约。燃料/电力费用经常支付。由于地热能对其使用区域的环境、经济和社会影响,地热能用于加热和冷却是有价值的。(斯内林、哈里斯和威尔逊,2017年)。

随着人们对使用可再生/替代能源越来越感兴趣,有必要确定我们当地这些系统的实验、性能以及经济可行性。这将导致分析不同加热/冷却机制的能源效率、节能、成本节约、减少污染等。

参考文献

  • 崔培民,文彦,方子(2015)。清洁能源系统手册,在线。中国济南:约翰威利父子有限公司。
  • 能源圣人。(2020年2月16日)。地热热泵的成本和效益。检索自Energy Sage:https://www.energysage.com/green-heating-and-cooling/geothermal-heat-pumps/costs-benefits-geothermal-heat-pumps/
  • 节能信托基金。(2007). 国产地源热泵:闭环系统的设计和安装。伦敦
  • 伊马尔,M.,耶尔马兹,K.,Pınarbas,A.(2015)。采用蒸汽压缩制冷系统的地热供暖和制冷系统的能效评估和经济可行性分析。可持续性,2。
  • 班克斯,D.(2008年)。热地质学导论:地源加热和冷却。新加坡:布莱克威尔出版社。
  • 科罗拉多可再生能源协会。(2019年2月27日)。地热能。检索自科罗拉多可再生能源协会:https://web.archive.org/web/20110716140006/http://www.cres-energy.org/techbasics/geothermal_div1.html
  • 伊马尔,M.,耶尔马兹,K.,Pınarbas,A.(2015)。采用蒸汽压缩制冷系统的地热供暖和制冷系统的能效评估和经济可行性分析。可持续性,2。
  • 斯内林,Z.,哈里斯,C.,威尔逊,C.(2017)。里士满大学地热供暖和制冷的建议。里士满。
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