復(fù)合式地源熱泵工程應(yīng)用分析

張宏弢，胡海艦，趙 龍

昆明理工大學(xué)，云南昆明 650051

0 引言

節(jié)能和環(huán)保是關(guān)系到21世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的兩個重要課題。當(dāng)今社會，環(huán)境污染和能源危機(jī)已成為威脅人類生存的頭等大事，冬季鍋爐供暖所造成的大氣污染、夏季空調(diào)制冷的高能耗問題越來越突出。如何解決這一問題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運而生，而地源熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調(diào)系統(tǒng)。

1 地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)形式對比

地源熱泵技術(shù)是可再生能源的開發(fā)和利用技術(shù)，是從土壤、地下水、海水等低品位熱源中提取熱量，轉(zhuǎn)換成高品位清潔能源，來提供供暖熱源或空調(diào)冷源的地源熱泵系統(tǒng)。熱泵系統(tǒng)能效比可達(dá)1：4～1：5，即輸入1KWh的電能，可輸出4～5KWh的熱能，其中另外3KWh～4KWh的熱量來自免費的天然能源，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它形式的供熱方式。采用地源熱泵技術(shù)，不燃燒任何燃料，是一種極為清潔的能量轉(zhuǎn)換方式，真正做到了零污染、零排放，可以大幅度降低用戶的能源使用費用，同時也大量取代燃煤鍋爐，解決了環(huán)保的壓力。

2 地源熱泵系統(tǒng)存在的熱堆積現(xiàn)象及工程解決方案

夏季，地源熱泵系統(tǒng)從室內(nèi)吸收熱量排放到土壤中；冬季從土壤中提取熱量來加熱室內(nèi)空間。當(dāng)夏季冷負(fù)荷大于冬季熱負(fù)荷，即夏季向土壤中排出的熱量大于冬季從土壤中吸收的熱量時，就出現(xiàn)了熱堆積現(xiàn)象。長期的熱堆積使土壤溫度上升，降低了地源熱泵系統(tǒng)的換熱效率，同時也破壞了生態(tài)環(huán)境。因此，在地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)考慮系統(tǒng)冬夏季的負(fù)荷平衡問題，必要時利用輔助設(shè)備來實現(xiàn)熱量的平衡。

3 復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能及環(huán)保性

本工程采用2臺968kW螺桿式地埋管熱泵機(jī)組，根據(jù)美國ARI標(biāo)準(zhǔn)和中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4329-97，結(jié)合本建筑物的使用功能，滿負(fù)荷運行系數(shù)取0.6。 夏季制冷按90天，冬季制熱按120天，地源熱泵機(jī)組每天運行10小時計算。

式中：QZL為熱泵機(jī)組夏季總制冷量（KWh）；Q1為熱泵機(jī)組單位時間制冷量（kW）；

t1為熱泵機(jī)組每天運行時間（ h）；

T1為制冷運行天數(shù)（d）；

n1為滿負(fù)荷使用系數(shù)；

代入公式（3.1）得夏季總制冷量為1045440KWh

式中：WZL為制冷季系統(tǒng)總耗電量，KWh；

W2為熱泵機(jī)組總輸入功率，kW；

W3為水泵總輸入功率，kW；

t2為熱泵機(jī)組夏季每天運行時間，h；

T2為制冷運行天數(shù)（d）；

n2為平均使用系數(shù)；

代入公式（3.2）得夏季制冷總耗電量為312120KWh

式中：QZR為熱泵機(jī)組總制熱量（KWh）；

代入公式（3.3）得冬季總制熱量為1355040KWh

式中：WZR為制熱季系統(tǒng)總耗電量，KWh；

代入公式（3.4）得冬季制熱總耗電量為491040KWh

整個熱泵系統(tǒng)能效比為：

熱泵系統(tǒng)全年總的制冷、制熱量為280.056萬KWh，熱泵系統(tǒng)的能效比為3.2，所以本項目熱泵系統(tǒng)的節(jié)能量為192.5萬KWh。

根據(jù)1萬KWh折標(biāo)準(zhǔn)煤為3.57噸，則本項目熱泵系統(tǒng)每年的節(jié)煤量為

通過減少常規(guī)能源的消耗，可再生能源系統(tǒng)可以有效減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。地源熱泵系統(tǒng)在工作過程中不會向環(huán)境產(chǎn)生任何排放物，也不會對地下水產(chǎn)生污染，通過可再生能源對常規(guī)能源的替代，本工程實施后每年可以減少CO2排放量1821.5t，減排SO2量為5.66t。

4 結(jié)論

通過計算顯示，由于吸/放熱的不平衡性，導(dǎo)致循環(huán)液進(jìn)入機(jī)組的溫度過高，偏離了土壤源熱泵運行的工況范圍，為保證土壤的熱穩(wěn)定性，土壤源熱泵換熱器的換熱性能及系統(tǒng)的運行效果，應(yīng)采用冷卻塔輔助散熱，從而改善地下?lián)Q熱情況，平衡土壤散熱與吸熱。同時，采用復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)可有效減少常規(guī)能源的消耗，保護(hù)生存環(huán)境。

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