¿Para qué áreas son adecuados los sistemas de aire acondicionado con bomba de calor geotérmica? Introducción a la forma de sistema de aire acondicionado central: 1. El aire acondicionado central tradicional tiene dos formas: bomba de calor con fuente de aire (unidad enfriada por aire) + unidad enfriadora enfriada por agua con calefacción eléctrica auxiliar + caldera. Las bombas de calor de fuente de aire (unidades enfriadas por aire) y los enfriadores enfriados por agua descargan el calor interior al aire exterior durante el enfriamiento. Se ven muy afectados por la temperatura del aire exterior y su capacidad de enfriamiento disminuye a medida que aumenta la temperatura del aire exterior. En áreas de alta temperatura y alta humedad, el rendimiento de enfriamiento de la unidad es extremadamente inestable, ineficiente y, a veces, incluso no funciona. Al calentar, la bomba de calor de fuente de aire necesita un dispositivo de calefacción eléctrica auxiliar cuando la temperatura exterior cae por debajo de cero, lo que consume mucha energía y tiene baja eficiencia, mientras que la forma de aire acondicionado de enfriador + caldera enfriado por agua requiere una caldera eléctrica; o una caldera de carbón o de gasóleo. Calor, contaminación grave y elevados costes de funcionamiento. 2. Aire acondicionado central con bomba de calor geotérmica: El aire acondicionado central con bomba de calor geotérmica se divide en dos formas: bomba de calor con fuente de agua e intercambiador de calor de tierra. 2.1 Aire acondicionado central con bomba de calor con fuente de agua. Concepto de bomba de calor con fuente de agua. Principio y clasificación 2.1.1. Concepto de bomba de calor con fuente de agua Tecnología de bomba de calor con fuente de agua Es un uso de fuentes de agua superficiales o poco profundas (como aguas subterráneas, ríos, lagos). O recursos de energía térmica de baja temperatura y bajo nivel procedentes de fuentes artificiales de agua reciclada (aguas residuales industriales, aguas residuales geotérmicas, etc.). ), que utiliza el principio de la bomba de calor, realiza la conversión de energía térmica de bajo nivel en energía térmica de alto nivel a través de una pequeña cantidad de entrada de energía eléctrica de alto nivel. Es un sistema de aire acondicionado eficiente, respetuoso con el medio ambiente y que ahorra energía. que pueden proporcionar calefacción y refrigeración. 2.1.2 Principio de la bomba de calor de fuente de agua Las fuentes de agua poco profundas en la superficie terrestre (generalmente dentro de los 1000 m), como aguas subterráneas, ríos, lagos, océanos, etc., absorben una considerable energía de radiación del sol que ingresa a la tierra y la temperatura. de la fuente de agua es generalmente muy estable. El principio de funcionamiento de la tecnología de bomba de calor con fuente de agua es: en verano, el calor del edificio se "saca" y se libera a la masa de agua. Debido a la baja temperatura de la fuente de agua, el calor se puede eliminar de manera eficiente para lograr el propósito de enfriar el interior del edificio en verano, en invierno, la unidad de bomba de calor de fuente de agua "extrae" energía térmica de la fuente de agua y la envía; el edificio para calefacción. Generalmente, las bombas de calor de fuente de agua consumen 1 kW de energía y los usuarios pueden obtener más de 4 kW de calor o refrigeración. 2.1.3 Clasificación de las bombas de calor de fuente hídrica Cuando los objetos utilizados son el almacenamiento de energía en cuerpos y estratos de agua (acuíferos), y se utiliza agua como fuente de frío y calor de la unidad de bomba de calor, se puede clasificar como agua. Sistema de bomba de calor de fuente. Las bombas de calor de fuente de agua se pueden dividir en bombas de calor de fuente de agua subterránea y bombas de calor de fuente de agua superficial. Sistema de bomba de calor de agua subterránea, también conocido como sistema de bomba de calor de fuente de agua de recarga de pozo profundo. Al construir un pozo de bombeo, el agua subterránea se bombea y se envía directamente a la unidad de bomba de calor de fuente de agua a través de un intercambio de calor secundario. Una vez extraído o liberado el calor, se bombea de regreso a la superficie a través del pozo de recarga. Sistema de bomba de calor de agua superficial. El agua de río, el agua de río, el agua de lago, el agua de embalses y el agua de mar se utilizan como fuentes de frío y calor para las bombas de calor mediante extracción directa o intercambio de calor indirecto. 2.2 Sistema de aire acondicionado de fuente terrestre con intercambiador de calor de suelo. Este sistema de aire acondicionado incorpora un intercambiador de calor subterráneo y el agua circula en un circuito cerrado compuesto por tuberías de plástico de alta resistencia para lograr el propósito de intercambiar frío y calor con el suelo. En verano, el calor interior se transfiere desde la unidad al suelo para enfriar la habitación. También almacena calor para uso en invierno. En invierno, el calor del suelo se transfiere a la habitación a través de la bomba de calor para calentar la habitación y almacenar energía fría para su uso en verano. Los suelos de la Tierra proporcionan una excelente fuente de almacenamiento gratuito de energía, lo que permite la conversión estacional de energía. Sistema de bomba de calor geotérmico vertical Sistema de bomba de calor geotérmico horizontal < 1 > Principio de funcionamiento: El corazón del aire acondicionado con bomba de calor geotérmico es una "bomba de calor" (refrigeración y calefacción). Durante la calefacción, la energía geotérmica se absorbe y se descarga a los usuarios, consumiendo sólo una pequeña cantidad de electricidad, como se muestra en la Figura 1. Durante la refrigeración, el calor de la habitación del usuario se absorbe y se expulsa al subsuelo, lo que también consume una pequeña cantidad de energía térmica. Como se muestra en la Figura 2, el proceso de funcionamiento de la unidad: en invierno, el refrigerante de la bomba de calor fluye hacia adelante y el gas R22 de alta temperatura y alta presión descargado del compresor ingresa al condensador y libera calor al agua en el colector de agua, y luego se convierte en un líquido de alta temperatura y alta presión. Después de ser estrangulado y despresurizado por la válvula de expansión térmica, se convierte en un líquido de baja temperatura y baja presión y ingresa al evaporador. Después de absorber el calor de baja temperatura del líquido circulante subterráneo, se convierte en vapor saturado de baja temperatura y presión y luego ingresa al extremo de succión. De esta manera, la energía térmica subterránea de baja temperatura se "transporta" al colector de agua. , proporcionando así continuamente a los usuarios agua caliente a 45 ℃ -50 ℃ ℃. Como se muestra en la Figura 3. En verano, el refrigerante de la bomba de calor fluye en dirección inversa y el condensador que intercambia calor con el usuario se convierte en un evaporador. Extrae energía térmica del agua a baja temperatura (7-12°C) en el colector de agua y la intercambia. calor con el fluido en circulación subterráneo El evaporador se convierte en un condensador, descarga calor en el fluido en circulación subterráneo y luego descarga el calor en el fluido en circulación al área subterránea de baja temperatura, proporcionando así a los usuarios agua fría de 7 a 12 °C. y adelante. <3> Intercambiador de calor de suelo con tubo enterrado: Hay dos formas principales de intercambiador de calor de tubo enterrado subterráneo, a saber, tubo enterrado horizontal y tubo enterrado vertical. La forma elegida depende de la superficie disponible en el sitio, los tipos de roca y suelo locales y los costos de perforación. Aunque las tuberías enterradas horizontales suelen ser tuberías enterradas poco profundas que se pueden excavar manualmente, y la inversión inicial es menor que la de las tuberías enterradas verticales, su rendimiento de transferencia de calor es mucho menor que el de las tuberías enterradas verticales y, a menudo, están limitadas por el área de terreno disponible. , por lo que aplicaciones prácticas de ingeniería Generalmente, se utilizan tuberías enterradas verticales. (Ver Figura 4) 2.3 Descripción general del desarrollo de las bombas de calor geotérmicas El concepto de bombas de calor geotérmicas apareció por primera vez en una patente suiza en 1912. En la década de 1950, Europa y Estados Unidos iniciaron el primer auge de la investigación sobre bombas de calor geotérmicas. Sin embargo, los precios de la energía eran bajos en ese momento y este sistema no era económico, por lo que no se promovió. Hasta la década de 1970, la crisis del petróleo y el deterioro del medio ambiente centraron la atención de la gente en la conservación de la energía, el uso eficiente de la energía y la protección del medio ambiente, y la investigación sobre bombas de calor geotérmicas alcanzó otro clímax.
En los últimos 20 años, ha logrado un rápido desarrollo en países industrializados como Europa y Estados Unidos y se ha convertido en una tecnología de aplicación madura. En los Estados Unidos, los sistemas de aire acondicionado con bomba de calor geotérmico representan el 40% de todo el sistema de aire acondicionado. Es una tecnología que ahorra energía y es respetuosa con el medio ambiente y que el gobierno de los Estados Unidos promueve vigorosamente. Para mostrar su apoyo a esta tecnología, el presidente Bush de Estados Unidos también instaló este sistema de aire acondicionado con bomba de calor geotérmica en su villa de Texas (ver referencia 5438+0 del 28 de mayo de 2006). Hasta ahora, se han instalado 600.000 unidades en Estados Unidos, y el objetivo de instalación anual planificado de 400.000 unidades puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un millón de toneladas, lo que equivale a reducir las emisiones contaminantes de 500.000 automóviles o plantar un millón de acres de árboles. , lo que puede ahorrar entre 400 y 200 millones de dólares al año en costos de energía. Suecia, Suiza, Austria, Alemania y otros países utilizan principalmente bombas de calor geotérmicas para calentar y suministrar agua caliente sanitaria. Según las estadísticas de 1999, la proporción de bombas de calor geotérmicas en las instalaciones de calefacción doméstica era del 96% en Suiza, del 38% en Austria y del 27% en Dinamarca. En nuestro país, debido a factores como la particularidad de los precios de la energía y la conciencia de la gente sobre la conservación de la energía y la protección del medio ambiente, la aplicación y el desarrollo de la tecnología de aire acondicionado con bomba de calor geotérmica es relativamente lento y la gente no sabe mucho al respecto. Difícil popularizarlo. Sin embargo, con la mejora del nivel de vida de las personas, el aumento del consumo de energía per cápita, el agotamiento de la energía fósil primaria y el deterioro del medio ambiente, la tecnología de bombas de calor geotérmicas ha atraído cada vez más atención. Bajo la tendencia general actual de conservación de energía y protección ambiental, esta tecnología ha atraído la atención de la industria por su estabilidad y ahorro de energía únicos. Muchas universidades e institutos de investigación nacionales han realizado muchas investigaciones sobre aplicaciones. El Ministerio de Construcción formuló recomendaciones especiales en las "Normas de diseño de ahorro de energía para edificios residenciales en zonas calurosas de verano e invierno frías". Según las estadísticas, los proyectos de aire acondicionado con sistemas de bomba de calor geotérmicos completados y puestos en funcionamiento en Beijing en 2004 representaron más de 2/3 del total de proyectos de aire acondicionado a lo largo del año. Es previsible que con el desarrollo de la economía, la conciencia de la gente sobre la conservación de energía y la protección del medio ambiente aumente día a día. Como equipo de aire acondicionado ecológico que ahorra energía y es respetuoso con el medio ambiente, la bomba de calor geotérmica tendrá amplias perspectivas de aplicación y desarrollo en nuestro país. 2.4 Características del sistema de aire acondicionado geotérmico En comparación con la tecnología de aire acondicionado convencional, la bomba de calor geotérmica tiene ventajas incomparables. (1) Utilización de energía renovable: la bomba de calor de fuente terrestre es una tecnología de utilización de energía renovable que absorbe o libera calor del suelo a temperatura normal o del agua superficial (agua subterránea) y utiliza energía limpia renovable para una utilización sostenible. (2) Alta eficiencia y bajo coste operativo: es una tecnología de ahorro de energía económica y eficaz. La temperatura de la fuente de frío y calor de la bomba de calor geotérmica es relativamente estable durante todo el año, superior a la temperatura ambiente en invierno e inferior a la temperatura ambiente en verano. Esta característica de temperatura hace que la eficiencia operativa de las bombas de calor geotérmicas sea un 40% mayor que la de los sistemas de aire acondicionado tradicionales, por lo que es necesario ahorrar energía y costos operativos en aproximadamente un 40%. Además, la temperatura constante de la energía geotérmica hace que el funcionamiento de la unidad de bomba de calor sea más confiable y estable, y también garantiza la eficiencia y economía del sistema. Al calentar y enfriar, ingresar 1 KW de electricidad puede producir más de 5 KW de refrigeración y calefacción. El coste operativo es de sólo 15-18 yuanes por metro cuadrado al año, aproximadamente un 40% menos que los sistemas centrales de aire acondicionado convencionales. (3) Ahorro de agua y tierra: 1) Utilizar el suelo (agua) como fuente de frío y calor, liberarlo o absorberlo, sin consumir recursos hídricos ni causar contaminación. 2) Se omiten la sala de calderas, el patio de carbón auxiliar, la sala de almacenamiento de aceite, la torre de enfriamiento y otras instalaciones. El área de la sala de máquinas es mucho más pequeña que la de un sistema de aire acondicionado convencional, lo que ahorra espacio en el edificio y favorece el uso. la belleza del edificio. (4) Beneficios ambientales significativos. Este dispositivo se puede construir en zonas residenciales sin ningún tipo de contaminación. No produce combustión, humo ni residuos durante la calefacción, y no es necesario acumular residuos de combustible. No producirá el efecto de isla de calor urbana y es muy respetuoso con el medio ambiente. (5) Operación segura y estable, alta confiabilidad: el sistema de bomba de calor geotérmico no tiene equipo de combustión durante la operación, por lo que es imposible producir gases residuales como dióxido de carbono y monóxido de carbono, y no hay gas propano, por lo que hay No hay peligro de explosión y es seguro de usar. Los productos de la combustión de las calderas de gasóleo y gas contaminan enormemente el medio ambiente y afectan a la vida y la salud de las personas. Dado que la temperatura en el suelo profundo es muy constante, la absorción o liberación de calor del huésped no se ve afectada por el clima externo y las condiciones de funcionamiento son muy estables, lo que es mejor que otros equipos de aire acondicionado. No hay problema de que la bomba de calor de fuente de aire sea insuficiente o incluso incapaz de proporcionar calefacción. El coste de mantenimiento de todo el sistema también es mucho menor que el del sistema caldera-refrigerador, asegurando la eficiencia y economía del sistema. El mantenimiento es mínimo y los costos de depreciación y mantenimiento son mucho más bajos que los de los aires acondicionados tradicionales. (6) Un sistema de bomba de calor geotérmica tiene dos funciones y una amplia gama de aplicaciones. Puede usarse para calefacción y refrigeración. Un sistema puede reemplazar los dos dispositivos o sistemas originales, la caldera y el refrigerador. Puede usarse en hoteles, centros comerciales, edificios de oficinas, escuelas y otros edificios, y es más adecuado para calentar y enfriar casas. (7) Debido a las condiciones de trabajo estables, la unidad automática de bomba de calor geotérmica puede diseñarse como un sistema simple con menos componentes. El funcionamiento de la unidad es simple y confiable, y el costo de mantenimiento es bajo. control de automatización y está desatendido; además, la vida útil de la unidad supera los 20 años. 2.5 Beneficios sociales de los sistemas de aire acondicionado geotérmicos En algunas ciudades desarrolladas de mi país, la energía consumida por refrigeración en verano y calefacción en invierno representa entre el 40% y el 50% del consumo total de energía del edificio. Especialmente en invierno, el uso extensivo de calderas de carbón y de gasóleo para calefacción ha provocado una gran contaminación del medio ambiente y supone una amenaza para la salud de las personas. Por lo tanto, el control de la contaminación de los edificios y la conservación de la energía se han convertido en cuestiones importantes en el desarrollo de la economía nacional. Los métodos tradicionales de calefacción y aire acondicionado se enfrentan a graves desafíos debido a la contaminación ambiental. Para los edificios con refrigeración en verano, con la popularización de los acondicionadores de aire con bomba de calor, el efecto de uso real de los acondicionadores de aire ha disminuido año tras año. Esto se debe al aumento en la capacidad instalada de los acondicionadores de aire y a la interferencia cruzada del. Efecto isla de calor local de los acondicionadores de aire. Cuanto más caluroso sea el clima, mayor será la temperatura exterior y mayor será la carga de aire acondicionado.