水源熱泵在煤礦行業(yè)的應用
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- 水源熱泵在煤礦行業(yè)的應用1：水源熱泵是一種節(jié)能、環(huán)保、高效的能源利用技術，它充分發(fā)揮了淺層巖體的儲冷儲熱作用，實現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷，是一種典型的綠色技術。本文對水源熱泵技術進行了闡述，分析了水源熱泵在煤礦行業(yè)應用的可能性，并提出了地源熱泵技術在中國的發(fā)展前景和展望。
關鍵詞：水源熱泵；綠色技術；冷熱源；煤礦行業(yè)
前言
水源熱泵技術是近年來在全世界倍受關注的新能源技術。人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機械設備，比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而“熱泵”是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。水源熱泵技術高效節(jié)能，是一種典型的綠色技術。
1 水源熱泵技術的概念
水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。
地球表面淺層水源如深度在1000m以內(nèi)的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰浚⑶宜吹臏囟纫话愣际址�(wěn)定。水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取熱量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送入建筑物中。通過水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。
水源熱泵根據(jù)對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)是指在水側為一組閉式循環(huán)的換熱套管，該組套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通過與土壤或海水換熱來實現(xiàn)能量轉移。（其中埋于土壤中的系統(tǒng)又稱為土壤源熱泵，埋于海水中的系統(tǒng)又稱為海水源系統(tǒng)）。開式系統(tǒng)是指從地下抽水或地表抽水后經(jīng)過換熱器直接排放的系統(tǒng)。
水源熱泵與傳統(tǒng)電鍋爐、燃料鍋爐及空氣源熱泵供熱系統(tǒng)相比，具有明顯的優(yōu)勢，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)能將70%~90%的能量化為熱量，而水源熱泵要比電鍋爐取暖節(jié)約1/2~1/3以上的能量。由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10~25 cC，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5~4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高于40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的50%~60%。因此，近年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展迅猛，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調(diào)技術。
2 水源熱泵技術發(fā)展現(xiàn)狀
水源熱泵技術研究分屬于兩種熱泵系統(tǒng)：一種為地源熱泵，一種為海水熱泵。其中地源熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當迅速。地下水源熱泵是地源熱泵的一個分支。
這項技術起始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地熱源熱泵”的概念。1948年，第一臺地下水源熱泵系統(tǒng)在美國俄勒岡州波特蘭市的聯(lián)邦大廈投入了運行。在其后的幾十年中，地下水源熱泵得到了更為廣泛的應用。我國地下水源熱泵從1997年開始學習和引進歐洲產(chǎn)品，到1999年底，全國大約有100套地下水源熱泵供熱或制冷系統(tǒng)。1997年，中國科技部與美國能源部簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中一項就是地源熱泵的發(fā)展戰(zhàn)略。1998年，中美兩國確定在我國北京(代表北部寒冷地帶)、寧波(代表中部夏熱冬冷地帶)、廣州(代表南部亞熱帶)合作建立三個地源熱泵的示范工程。在這三個示范工程項目中，兩個為地下水源熱泵系統(tǒng)，一個為復合式地下水源熱泵系統(tǒng)。除了這些之外，還有其它一些工程實例，其中比較有代表性的工程有：清華同方人工環(huán)境有限公司承擔的山東東營市勝泰大廈的地下水源熱泵系統(tǒng)和空軍豐臺招待所、辦公樓的地下水源熱泵空調(diào)改造系統(tǒng)；內(nèi)蒙古科技廳科力賓館的地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工程(國家試驗示范工程)；山東某煤礦地面建筑的地下水源熱泵系統(tǒng)工程。
我國最早在50年代，曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大學熱能研究所最早開展我國熱泵研究，1965年研制成功國內(nèi)第一臺水冷式熱泵空調(diào)機。國內(nèi)的清華大學、天津大學、重慶建筑大學、天津商學院、中國科學院、廣州能源研究所等多家大學和研究機構都在對水源熱泵進行研究。其中清華大學在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已建成數(shù)個示范工程。目前，國內(nèi)的水源熱泵應用尚未取代傳統(tǒng)取暖制冷方式，與國外相比，在熱泵機組的優(yōu)化設計和工程應用上還存在較大差距。
在未來的幾年中，中國面臨巨大的能源壓力。一方面，中國的經(jīng)濟要保持較高速度的增長，另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以要求提高能源利用效率，要求能源結構調(diào)整。能源利用效率提高，會鼓勵各種節(jié)能設備和技術的推廣，能源結構調(diào)整的方向就是從以煤為主轉化為以燃氣，直至以電為主。在中國的能源消耗中，建筑耗能的彼麗相當高。為了適應形勢所需，必須加快水源熱泵技術應用。
3 水源熱泵的優(yōu)點
熱泵是一種以消耗少量電能為代價，能將大量不能直接利用的低溫熱能變?yōu)橛?..
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