水源热泵技术原理与应用初探

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1、水源热泵技术原理与应用初探-暖通论文　[摘要]水源热泵是一种节能、环保、高效的能源利用技术，它充分发挥了浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖和制冷，是一种典型的绿色技术。本文分析了水源热泵技术原理与工艺流程，估算了山西某矿和全国矿井废水的热量储备，通过计算分析，水源热泵技术在节能、经济、环境和社会效益等方面具有显著优势，可在煤矿推广应用。　　[关键词]水源热泵；技术原理；工艺流程；热量计算　　中图分类号：TK529文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）37-0284-02　　煤炭企业由于生产的特殊

2、性，特别是井工开采的煤矿，有两种资源可进行水源热泵技术开发应用，一是矿井水，二是矿井通风系统回风。两者都温差稳定在一定温度范围，无疑给水源热泵技术的应用提供了一种特别能量，分别可作为热泵机组良好的热源和热汇。因此，在煤矿推广应用水源热泵技术是一项很好的节能和环保项目。　　1水源热泵技术工艺原理　　实际上矿井水热能利用是通过热量交换的原理来实现的。具体的讲，在夏季煤矿地面建筑物温度高，而使用的水源温度低，通过相应的技术手段可以将建筑物中的热量转移到水源中，从而将过高的热量带走，达到给建筑物降温的目的；在冬季，则是利用热泵

3、技术从水源中汲取能量，通过水或空气作为煤质将汲取的热量输送到建筑设施中。一般来说，通过热泵技术用户可以得到高于4倍热泵（或水泵）消耗能量的热量（或冷量），例如使用热泵时每消耗1KW的能量，可供建筑物用热4KW左右。水源热泵可分为开式和闭式两种，其分类依据是泵对水源的利用方式。作为热泵供热和制冷的介质，水源也应满足两个条件：一是要保证水源存储量，二是要保证水温控制在7℃～30℃之间。矿井水可作为一种理想水源，它不仅储量丰富，而且水温基本恒定，水质也比较好。　　1.1工艺流程　　过程中所形成的矿井水通过水泵系统抽至地热交换

4、系统，依据热泵原理机组运转并交换矿井水中的能量，然后通过管道输送至矿井建筑设施等，实现冬季和夏季的供暖、供热，从建筑设施交换能量过后的废水可做工业用水再次回收利用。图1为利用矿井水制热工艺流程。　　1.2技术原理　　（1）夏季制冷。矿井水首先进入旋流除沙器除沙，再经过电子水处理仪除掉絮状物，然后进入水源热泵空调机组冷凝发器与氟利昂R22制冷剂进行热交换，通过氟利昂的形态液化，向矿井水释放热量，利用压缩机做功，再通过蒸发器中氟利昂与空调系统的循环水进行热交换，氟利昂吸收循环水中的部分热量，制出7℃的冷媒水，为井口送风设备

5、提供冷量。　　（2）冬季供暖。与夏季制冷不同的是，当矿井水与氟利昂R22制冷剂进行热交换时，氟利昂是汽化的状态来吸收矿井水中的部分热量，此后利用压缩机做功将汽态氟利昂变为液态，释放热量后，再通过冷凝器与空调系统的循环水进行热交换，制出45℃～50℃的空调热水，为井口送风设备提供热量。　　2技术特点　　热泵是一种以消耗少量电能为代价，能将大量不能直接利用的低温热能变为有用的高温热能装置。水源热泵技术是利用地球表面浅层水，如地下水、地表水等水中蕴含的低位能源作为热泵的低温侧热源，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。其优点

6、为：　　（1）它是目前热泵中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6；　　（2）它利用水源热泵机组代替传统的制冷机组和锅炉或风冷热泵机组，特别是对于同时有供热及制冷需求的建筑物，机房面积大大小于常规供热空调系统，节省了建筑空间，有利于建筑的美观，减少了设备的初投资，安装容易，工期短；　　（3）它供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗，是理想的绿色环保产品；　　（4）水体的温度一年四季相对稳定

7、，其波动的范围远远小于空气的变动，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性；　　（5）采用全电脑控制，自动程度高。基于以上优点，近十几年来，水源热泵空　　调系统在北美及中、北欧等国家取得了较快的发展。近五年来，中国的水源热泵市场也日趋活跃，使该项技术得到了相当广泛的应用，成为一种有效的供热和供冷空调技术。　　3水源热泵技术的应用　　某煤矿坐落在山西境内，是一座生产能力200万吨/年的现代化大型矿井。　　3.1可利用热量计算　　矿井排水量为9000m3～12000m3/d，水温18～20℃左右，冬季供热

8、与夏季空调每天平均按20个小时计算，平均每小时水量为：9000/20=450m3/h。冬季水温按18℃，提取热量后的水温度为8℃，则可以从矿井水中提取的热量为：　　Q冬季=1.163×L×（T1-T2）=1.163×450×（18-8）=5233kW　　式中：Q冬季――冬季从矿井水提取的热量，kW　　T1――冬季矿井水温度，℃