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地源热泵可能在以下条件下以最佳状态工作:
•泵由可再生能源供电。
•地面和输出之间的温差较低(如地暖)
•没有煤气的地方。
•已经安装了高绝缘水平的地方。
确定是否合适
评估安装热泵的可能价值是困难的。究其根源,是人们对热泵是一种节约碳排放的技术这一基本说法的真实性感到困惑。
热泵的工作原理是将输入的电能“乘以”输出的热能。输入和输出之间的差异被称为“性能系数”或“COP”,通常用个位数表示,如“3”或“4”。
孤立地看,把电能转换成热能倍数的论点是成立的;但是,当将热泵的性能与其他热力发电机和节能措施(碳节约和资本投资)放在一起衡量时,问题就出现了。
碳排放
一种可能的情况将是比较提供热量或从主燃气锅炉或从地源热泵。最简单的说法是,碳排放是由锅炉中燃烧的气体产生的,而从地面“抽”热量则不会产生碳排放。然而,更详细的论点将是,是的,排放会发生在使用主燃气加热时,但它们也会产生于(可能)为热泵提供动力的化石燃料发电站的发电。有人认为,在产生一个单位的能量时,燃气锅炉比同等的电网单位排放约三分之一的碳——比例为1:3。由于大多数热泵运行时的总当量COP为2 - 3,目前的可能性是,主燃气燃料冷凝锅炉将产生更小的碳足迹。
在不同的情况下,建筑不使用煤气管道,锅炉可能使用液化石油气或石油,热泵全部或部分由可再生电力(如太阳能光伏)提供动力,争论的平衡将转向热泵在碳足迹方面变得更可行。
这里不考虑未来的电力供应情况,但很有可能的是,如果英国按计划增加非化石燃料发电的电网电力的比例,在热泵和热泵之间的碳排放平衡
空间和水加热和COP
在比较方程中涉及的另一个因素是热泵在应用于空间和生活热水供暖时通常达到的相对效率。
热泵在生产大量低品位能源而不是少量高品位能源时工作得最好。产生足以供应散热器或DHW的高温水所产生的COP可降至2 - 2.5,而通常在产生与地下空间采暖有关的低流动温度输出时所达到的COP可能超过3,有时甚至超过4。
资本投资
热泵并不便宜,每千瓦装机的价格在1000英镑左右。与装有散热器和DHW系统的主燃气锅炉相比,地源热泵与地暖系统相结合的价格可能要贵三倍左右。如果设计师在严格控制的预算下工作,可能会考虑将潜在的成本差异更好地用于将建筑结构升级到更高级别的热效率。
地源热泵(GSHP)技术
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。
来自压缩机热交换器的热水可以是:
•直接用于在地下系统中产生空间加热,
•或通过主热水储罐作为“组合系统”的一部分间接使用。
定位环
规划安装地源热泵的一个关键考虑因素是回路的位置和格式。最具成本效益的方式是地面回路,包括挖掘浅沟和铺设1.5至2米深的直管或“弹簧”管。接地环将需要建筑周围的空间,但如果没有空间,可能会考虑钻孔。钻孔挖到大约150米深,然后把环放进去。虽然执行成本更高,但与地面回路方法相比,井眼格式在更深的深度提供了更稳定的温度。
设计注意事项
•设计应由专业工程师准备或与专业工程师合作。
•可行性:现场调查-检查是否有足够的空间容纳地源热泵-两个外部回路空间(通常在350米左右)2对于使用水平接地回路的普通房屋)和内部设备和存储空间。
•回路设计
•确认合适的地面条件(岩性)
•确定地源热泵是否提供空间加热和/或DHW
•如果地源热泵与地暖一起使用,请确保供暖系统设计为使用较低的水温。
•如果地源热泵与DHW一起使用,请确保热水缸中的换热盘管尺寸足够大。注意,“热存储”可能不兼容,因为它们的存储温度要求更高。
•根据热损失、占用和占用模式计算热需求。
•如果地源热泵是主要的加热方式,考虑在极端温度的情况下提供备用锅炉。
•热泵可能会有噪音,因此要进行相应的设计。
•了解资金和维护成本
•确保制造商/安装人员提供长期保修,并提供保险。
•储存水时,确保水的温度保持在至少65华氏度o杀死军团菌。
•热泵制造商很容易夸大COP声明。当考虑一个系统时,坚持可验证的COP预期。
空气源热泵(ASHP)
•空气源热泵比地源热泵不常见。虽然它们的工作方式相似,但它们的热源是外部空气而不是地面。它们也便宜得多。
•有两种类型的空气源加热系统。空对空系统提供热空气,循环使用来加热建筑。空对水系统加热水,为空间加热系统和DHW系统提供加热。
•尽管在操作上类似,空气源热泵的COP可能比地面源热泵低,特别是在最需要热输入的冬季。冬天的空气温度比地面温度低得多,地面温度全年波动不大(通常在8 - 12之间)o在英格兰和威尔士)。冬季的空气温度导致源温度和输出温度之间存在相当大的差异,这意味着泵的效率会大大降低。
出版物
•“地热泵:规划和安装指南”,卡尔·奥克斯纳。
•住宅供暖设计指南CIBSE 2007
标准
地源热泵
•bs z15450:2007。建筑物的供暖系统。热泵供暖系统设计
•BS EN 814:1997(3部分)带电动压缩机的空调和热泵。
•BS EN 14511:2007(3部分)。空调、液体制冷包和带电驱动压缩机的热泵,用于空间加热和冷却。
•BS EN 378:2000(4部分)制冷系统和热泵规范。安全性和环境要求
其他有用的标准
•BS 8211 - 1:1988。住宅的能源效率。房屋节能翻新操作规程
•bs z832:2000。建筑物的热性能。供暖能耗的计算。住宅
•bs en iso 13790:2008。建筑物的能源性能。空间采暖和制冷能耗计算
•bs en 15316-1:2007。建筑物的供暖系统。系统能量需求和系统效率的计算方法。一般
BS EN 15316-2-1:2007(3部分)建筑加热系统系统能量需求和系统效率的计算方法。
BS EN 15316-3:2007(3部分)建筑加热系统。系统能量需求和系统效率的计算方法。
BS EN 15316-4:2007(6部分)建筑加热系统。系统能量需求和系统效率的计算方法。
•bs zh 15459:2007。建筑物的能源性能。建筑能源系统经济评价程序
•bs en 15377-3:2007。建筑物的供暖系统。嵌入式水基表面加热和冷却系统的设计。优化利用可再生能源。
进一步的信息
•地源热泵协会(www.gshp.org.uk)
•热泵协会(www.feta.co.uk / hpa /你)
•欧洲热泵协会(www.ehpa.org)
•国际地源热泵协会(www.igshpa.okstate.edu) (kayak网站)
•热水协会(www.hotwater.org.uk)
•供暖和热水工业委员会(www.centralheating.co.uk)
管道和供暖承包商协会(www.competentpersonsscheme.co.uk)
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