地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)分析

摘要 本文針對社會的發(fā)展以及人民生活水平的提高，越來越多的人在使用地源熱泵空調(diào)技術(shù)，以倡導(dǎo)綠色環(huán)保時尚理念，并營造健康舒適的生活環(huán)境。地源熱泵系統(tǒng)是一種節(jié)能、環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 地源熱泵；空調(diào)；綠色環(huán)保；節(jié)能

中圖分類號 TU83 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）122-0184-01

地源熱泵系統(tǒng)是將低品位熱量轉(zhuǎn)換成高品位熱量進行供熱、制冷的新型能源利用方式之一。與使用燃煤、燃?xì)?、燃油等常?guī)能源方式相比，其能量利用率為3.5以上（燃煤為0.65～0.85；燃油爐為0.7～0.9；燃?xì)鉅t為0.8～0.85；電鍋爐電熱膜的理想值也只能接近于1；空氣源熱泵系統(tǒng)可做到2.5，但在惡劣天氣下效率低，甚至無法啟動）。地源熱泵系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能、一機多用、維護量小、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、能源重復(fù)利用等優(yōu)點而得以推廣。

然而在實際工程應(yīng)用中，很多地源熱泵項目因設(shè)計、施工及運行管理等問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮其應(yīng)有的優(yōu)勢。下面通過對我單位實施的某地下水源熱泵系統(tǒng)改造前后的運行數(shù)據(jù)進行對比，以及與其它地源熱泵項目、與其他空調(diào)形式進行對比，說明了地源熱泵系統(tǒng)在運行中的經(jīng)濟性及影響其經(jīng)濟性的相關(guān)因素。

1 工程概況

該項目位于海淀區(qū)，原地源熱泵系統(tǒng)由北京某地源熱泵施工單位承建，總建筑面積4.2萬平方米，其中主樓2.8萬平方米，裙樓1.4萬平方米。共設(shè)LWP1800.2型水源熱泵機組7臺，單臺標(biāo)稱功率123 kW；鑿井7眼，深井泵7臺，單臺標(biāo)稱功率37 kW；抽取的地下水除沙后分別經(jīng)7臺板式換熱器與機組進行熱交換，作為機組的冷熱源；井水側(cè)二次水循環(huán)泵7臺，單臺標(biāo)稱功率15 kW；末端循環(huán)泵7臺，單臺標(biāo)稱功率18.5 kW。系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用，運行效果較差，不能滿足正常的使用要求。

2006年初由建研院空調(diào)所進行熱泵系統(tǒng)改造設(shè)計、北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司進行了系統(tǒng)改造施工、調(diào)試，并承擔(dān)了空調(diào)系統(tǒng)的日常運行維護管理工作。改造后主樓利用原有水源熱泵機組5臺，鉆鑿抽水井3眼、回灌井3眼、水量調(diào)節(jié)池1眼，新安裝深井泵3臺，標(biāo)稱功率55 kW并配ABB變頻器3臺，井水經(jīng)除沙器及電子水處理儀處理后直接進入機組，無井水側(cè)二次循環(huán)泵；使用原末端循環(huán)泵5臺；末端設(shè)備采用新風(fēng)機組加風(fēng)機盤管進行冬季供暖及夏季供冷。其中新風(fēng)機組17臺，合計71.1 kW；風(fēng)機盤管542臺，合計20.3 kW。裙樓利用原有水源熱泵機組2臺；井水部分與主樓共用，使用原末端循環(huán)泵2臺。

2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行

本系統(tǒng)運行以來，井水出水溫度最高16.3℃，最低15.3℃；利用溫差大多在3.5～7℃之間；單井出水量大于180 m3/h；靜水位30.15 m、動水位約30.5 m；抽水降深為0.35 m±8%；水量調(diào)節(jié)池靜水位為12.13 m、動水位15.3 m，差為3.17 m；井水含沙量小于二十萬分之一。依此數(shù)據(jù)判定地下水系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。

3 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)對比

原系統(tǒng)于2004年6月建成并部分投入使用。運行中地下井水能量短路及含沙量嚴(yán)重超標(biāo)，加上板換兩側(cè)流體之間的換熱效率低下、運行維護不善，致使系統(tǒng)井水側(cè)水路嚴(yán)重堵塞。系統(tǒng)長期處于大流量小溫差運行狀態(tài)：為滿足一臺熱泵機組的正常工作需開啟深井泵4臺、井水側(cè)二次循環(huán)泵3臺、末端循環(huán)泵3臺，井水側(cè)及板換側(cè)溫差均工作在2℃以下。末端溫度不能有效提升，為滿足末端負(fù)荷需求進而增開末端循環(huán)泵，無形之中又增加了熱泵對冷熱源需求。如此反復(fù)惡性循環(huán)，造成系統(tǒng)運行效率低下、熱泵機組啟停頻繁、外管線土方塌陷等問題。

通過對比，可以分析得出原系統(tǒng)出現(xiàn)高能耗的原因：

1）系統(tǒng)設(shè)計不合理。單臺深井泵抽水后經(jīng)一臺板換換熱后回灌，能量利用不夠充分；地下水系統(tǒng)存在能量短路現(xiàn)象。

2）施工組織不得力，成井質(zhì)量不高。井水含沙量嚴(yán)重超標(biāo)，造成井周圍抽空導(dǎo)致地面塌陷。提高成井質(zhì)量可以解決井水含沙量過大的問題，可去除井水側(cè)的二次循環(huán)設(shè)備能耗及板換換熱的溫差損失，有利于實現(xiàn)井水的100%回灌。

3）運行維護不得力。運維人員未定期除沙，對系統(tǒng)運行原理理解不夠，造成系統(tǒng)管路嚴(yán)重堵塞（如圖1），增加了水阻而降低了深井泵的運行效率；在井水供應(yīng)不足的條件下增開末端循環(huán)泵，造成末端系統(tǒng)大流量小溫差運行。

4 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與其它采暖空調(diào)系統(tǒng)對比

本系統(tǒng)供暖季能耗折合為煤耗為9.21 Kg/m2·季，與其它采暖方式相比能耗最低。與城市熱網(wǎng)采暖相比每平方米每季少耗煤

12.52 Kg/m2·季，節(jié)能58%，每平方米每季少排二氧化硫

326 g/m2·季、氮氧化物121.7 g/m2·季、煙塵34.8克/m2·季；與蓄熱式電鍋爐相比每平方米每季少耗煤47.89 Kg/m2·季，節(jié)能83.9%；與電熱膜相比每平方米每季少耗煤45.02 Kg/m2·季，節(jié)能83%；與壁掛式燃?xì)鉅t相比每平方米每季少耗煤11.61 Kg/m2·季，節(jié)能55.8%，每平方米每季少排氮氧化物43.4 g/m2·季、煙塵2.95 g/m2·季；與直燃機相比每平方米每季少耗煤10.38 Kg/m2·季，節(jié)能53%，每平方米每季少排氮氧化物40.8 g/m2·季、煙塵2.8 g/m2·季。

從以上分析數(shù)據(jù)可以看出：

1）地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行費用最低。其全壽命周期價值可因此而趨于最佳。系統(tǒng)的經(jīng)濟性可根據(jù)建設(shè)投資、運行成本及使用年限進行評價。

2）對于空調(diào)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的節(jié)能與減排具有統(tǒng)一性。熱泵系統(tǒng)沒有直接排放、其能耗小，間接排放相對較低，因此是日前理想的空調(diào)系統(tǒng)。

5 結(jié)論

社會的發(fā)展以及人民生活水平的提高，越來越多的人在使用地源熱泵空調(diào)技術(shù)，以倡導(dǎo)綠色環(huán)保時尚理念，并營造健康舒適的生活環(huán)境。地源熱泵系統(tǒng)是一種節(jié)能、環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)。

作者簡介

丁日明，男，工程師，從事水暖、通風(fēng)空調(diào)安裝工作。