地源热泵


简介

2010年的变暖:热泵的现场试验的建议将会支持地源热泵(GSHP)和空气源热泵(ASHP)在它们最有效的应用领域的安装,特别是在新建筑和绝缘良好的房屋中。

效率稍高的地源热泵的工作原理是从地面提取热量,并将其提升到一个有用的温度。在大多数情况下,地源热泵与空间加热相关的“低等级”热工作得最好,而不是高温DHW。

只有当获得的热量是运行泵所投入的电能的显著倍数时,热泵才有效。两者之间的比率被称为“性能系数”(COP)。“系统效率”比率稍显繁重,因为整个供暖系统的电力都包含在输入中。重要的是要认识到,制造商公布的理想COP数据是在实验室条件下生产的EN14511。3.0以上通常被认为是可以接受的。

EST报告显示,在一小部分地源热泵装置中,系统效率达到了3.0以上,但“中等”的系统效率只有2.3 - 2.5,远低于行业宣传的数字。对性能较差的用户的进一步分析表明,安装受到了设计和安装不充分的影响,用户对控制的理解也很差。

至关重要的是,该报告证明,系统大小正确,设计简单,操作更成功。EST建议,应由提供完整服务的公司进行仔细监测的安装。

GSHP技术

地源热泵(GSHP)是一种从地下提取热量的系统,将其升级到更高的温度,并将其释放到需要空间和水加热的地方。地源热泵的功能可以反向进行冷却。

地源热泵可以是一种高效的空间加热器形式,特别是在与低能耗供暖系统(如地暖)结合部署时。制造商声称(但见上文),用于运行热泵的每千瓦电力通常产生约3 - 4千瓦的热量。

更常见的“闭环”地源热泵安装包括埋在地下的塑料管道,并连接到热泵。水或水-防冻剂混合物通过环形管道,吸收地面的热量。液体流入一个由压缩机和一对热交换器组成的电动热泵,然后再排放回地下回路。

地源热泵的升级热量可用于空间加热和/或水加热。

一个GHSP驱动的空间加热系统的例子


一个高效的GHSP动力空间加热系统的例子

接地回路配置


循环配置

“水平循环”


管道水平安装在沟槽中。壕沟的深度将根据设计和土壤特性而变化,但一般为1.5 - 2米深。水平循环比垂直循环需要更多的表面积。一个住宅通常需要大约200米长的管道。

“垂直循环”


大多数使用地源热泵的商业和机构项目使用“垂直循环”系统。垂直循环系统的优点是,将管道插入垂直钻孔中,所需的空间更小。坑的间距约为5米,根据设计和土壤特性,坑的间距可在15米至60米之间变化。

弹簧线圈的


“弹簧”是“水平环”的一种变体。弹簧线圈是重叠管道的扁平线圈,展开并水平或垂直敷设。它们能够将传热区域集中到小体积中,从而减少了沟槽的长度,从而减少了所需的土地数量。一个10米长的沟槽铺设了一个“弹簧”线圈,通常可以提供1kW的热负荷。

加热

空间加热


因为地源热泵能将温度提高到40°左右,所以它们最适用于要求温度在30°到35°之间的地暖系统或低温散热器。通过将地源热泵与传统锅炉或浸没式加热器结合使用,可以获得更高的输出,如对传统散热器要求约60°至80°的更高温度。

水加热


地源热泵系统本身不足以直接加热输出的热水。水龙头的热水需要在60°的温度下储存,而家用地源热泵的最高水储存温度是50°。可以设计一种水加热策略,在到达辅助热源之前,引入的水由地源热泵进行预热。然而,可以确定的是,在非高峰电力下工作的浸入式加热器更经济。

环境影响

有限公司2排放

系统
一次能源效率(%)
有限公司2排放
(公斤有限公司2/千瓦时热)
油锅炉 60 - 65 0.45 - 0.48
燃气锅炉 70 - 80 0.26 - 0.31
冷凝气体锅炉+低温系统 One hundred. 0.21
电加热 36 0.9
常规电+ GHSP 120 - 160 0.27 - 0.20
绿色电力+ GHSP 300 - 400 0.00

(来源:可持续能源爱尔兰

制冷剂


制冷剂存在于地源热泵系统中,因此存在hcfc和毒性的威胁。然而,新型和混合制冷剂(一些使用CO2)而负面影响最小的项目正接近市场。

优点和缺点

箴高效的可再生供暖和制冷系统
箴目前看来,减少碳排放的效果甚微,但如果系统是由可再生电力驱动的,则是积极的
箴预期寿命40岁以上
反对安装成本较高
反对电驱动热泵
反对如果加热热水,需要一个辅助的电线圈
反对水平管道安装需要大的场地面积
反对制冷剂的使用
反对制造商声称的cop(性能系数)为3-4通常在实践中没有实现,在实践中,cop约为2更为常见

成本

资本


地源热泵的安装成本约为每千瓦峰值热输出800- 1200英镑,不包括分配系统的成本。壕沟系统更便宜,所以往往在这个范围的低端。

运行


地源热泵系统的效率是用性能系数(CoP)来衡量的。这是热量输出单位与用于驱动压缩机和地面回路泵的每单位电力的比率。典型的cop范围从2.5到4。这个范围的高端是地板下采暖,因为它的工作温度比散热器低(30-35°C)。

基于目前的燃料价格,假设CoP为3-4,地源热泵是一种比油、液化石油气和电储存加热器更便宜的空间供暖形式。然而,它比主要的天然气略贵。如果压缩机和泵使用电网供电,那么经济电价通常能提供最低的运行成本。

设计说明中


•确保最大绝缘性
对建筑物可能的热损失进行准确的评估
•从制造商那里获得一份声明,在设计操作温度(包括空间和热水加热)下引用COP。
•设计使用绿色电力,最大效率
•对现场进行彻底调查,以确定埋管设施等,然后在安装后记录埋管回路。
•检查土壤类型——不同的土壤有不同的传热速率
•确定确保效率最大化的热量分配策略。对于空间采暖,选择地板下采暖,然后使用低温散热器。当重新安装时,使用低温散热器,其次是常规散热器,并在缓冲槽中使用电加热。
•注意结构的储热潜力。楼板可以在非高峰电力供应期间储存地板下的热量。
•考虑空间冷却的需要

电影


一个有用的介绍,从制造商伍斯特博世,包含良好的镜头安装和可用的选项。(警告:电影有CoP声明!)

出版物


地热泵:规划和安装指南卡尔·奥克斯纳。

进一步的信息


•热泵协会(www.feta.co.uk
•国际地源热泵协会:(www.igshpa.okstate.edu
•地热热泵联盟(www.geoexchange.org
•加拿大地球能源协会(www.earthenergy.ca

GreenSpec上的GSHP产品


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