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地热热泵 编辑

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什么是地热热泵

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地热热泵(GHP)是中央加热和/或冷却系统,将热量传递给或从地面。

它始终不间断地使用地球作为热源(在冬天)或散热器(在夏天)。这种设计利用了地面适中的温度来提高效率并降低加热和冷却系统的运营成本,并且可以与太阳能加热相结合以形成效率更高的地热系统。它们也以其他名称而闻名,包括地交换,地球耦合的地球能源系统。工程界和科学界更喜欢使用术语“ 地热交换 ”或“ 地源热泵 ”,以避免与传统的地热发电相混淆。它使用高温热源发电。地源热泵收集从太阳能吸收到地球表面的热量。6米(20英尺)以下的地面温度大致等于当地的年平均气温(MAAT)。

地热热泵

根据纬度,地球表面上方6米(20英尺)以下的温度保持接近恒定的温度,反映出平均年平均气温(在许多地区,介于10至16°C / 50至60°F之间),如果温度不因热泵的存在而受到干扰。像冰箱空调一样,这些系统使用热泵迫使热量从地面传递。热泵可以逆着自然流动方向将热量从凉爽的空间传递到温暖的空间,或者它们可以增强自然的热量从温暖的区域传递到凉爽的空间。热泵的核心是通过蒸气压缩制冷泵送的制冷剂回路循环热量。空气源热泵通常比纯电加热器更有效地加热,即使从寒冷的冬季空气中提取热量,尽管随着外部气温下降到5°C(41°F)以下,效率开始显着下降。甲地源热泵热交换与地面。由于全年地下温度比空气温度更稳定,因此能源效率更高。由于热惯性,季节性变化会随着深度的增加而下降,并在7米(23英尺)以下到12米(39英尺)以下消失。像一个山洞,冬季浅层地面温度高于上方的空气,夏季则低于夏季的空气。地源热泵在冬天提取地热(用于加热),并在夏天将热量传递回地下(用于冷却)。某些系统设计为只能根据气候在一种模式下运行,即加热或冷却。

在冬天最冷的夜晚,地热泵系统达到相当高的性能系数(CoP),为3至6,而在寒冷的日子,地源热泵系统的系数为1.75–2.5。地源热泵(GSHP)是提供HVAC和水加热的最节能技术之一。

设置成本高于传统系统,但通常会在3到10年的时间内节省能源。地热热泵系统得到制造商的合理保证,内部组件的使用寿命估计为25年,接地回路的使用寿命为50年以上。截至2004年,全球已安装超过100万台设备,提供12吉瓦的热容量,年增长率为10%。

热效率

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热泵的净热效率应考虑到发电和传输效率,通常约为30%。由于热泵移动的热能比其消耗的电能多三到五倍,因此总的能量输出远大于电能输入。与辐射电热为100%效率相比,这导致净热效率大于300%。传统的燃烧炉和电加热器的效率永远不能超过100%。

与空气源热泵相比,地热热泵可减少能源消耗和相应的空气污染排放,与标准空调设备的电阻加热相比,可减少多达44%,与电阻加热相比,可减少多达72%。

净热效率对电力基础设施的依赖性对于消费者而言往往是不必要的麻烦,并且不适用于水力发电,因此热泵的性能通常表示为热量输出或热量去除量与电力输入的比率。冷却性能通常表示在BTU /小时/瓦为单位的能量效率比(EER),同时加热性能通常降低到无量纲单位的性能系数。转换系数为3.41 BTU /小时/瓦。性能受已安装系统的所有组件的影响,包括土壤条件、地面耦合热交换器、热泵设备和建筑物的分布,但很大程度上取决于输入温度和输出温度之间的“升高” 。

高效的压缩机,变速压缩机和更大的热交换器都有助于提高热泵效率。当今市场上的住宅地面源热泵的标准COP范围从2.4到5.0,EER范围从10.6到30。要获得能源之星标签的资格,热泵必须满足一定的最低COP和EER额定值,取决于地面热交换器的类型。对于闭环系统,ISO 13256-1加热COP必须为3.3或更高,而冷却EER必须为14.1或更高。

实际安装条件可能会产生比标准测试条件更好或更差的效率。COP随热泵输入和输出之间的温差降低而提高,因此,地面温度的稳定性很重要。如果环路现场或水泵的尺寸过小,则热量的添加或去除可能会使地面温度超过标准测试条件,从而降低性能。类似地,尺寸过小的鼓风机可能会使充气盘管过热并降低性能。

地热热泵的安装

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由于正确设计和调整系统大小(如果需要热熔合,则安装管道)需要技术知识和设备,因此GSHP系统安装需要专业人员的服务。一些安装程序已经在最近的住宅安装的在线社区中发布了系统性能的实时视图。在国际地源热泵协会(IGSHPA),地热Exchange组织(GEO),在加拿大地源热泵联盟和地源热泵协会保持在美国、加拿大和英国的合格的安装目录。此外,对水平系统的土壤热导率和垂直系统的地层热导率的详细分析通常会导致设计更准确、效率更高。


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  2. 热效率
  3. 地热热泵的安装

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