淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理

劉新龍

(西安鐵路局西安建筑段,陜西西安 710015)

淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理

劉新龍

(西安鐵路局西安建筑段,陜西西安 710015)

當(dāng)前社會,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,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(yùn)而生,而開發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜每照{(diào)系統(tǒng)正是滿足這些要求的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在鐵路中的使用日趨廣泛,怎樣在空調(diào)機(jī)組的操作、運(yùn)行以及管理中節(jié)約能源,是當(dāng)下此類從業(yè)人員應(yīng)該著重研究的課題。

地緣熱泵系統(tǒng) 節(jié)能運(yùn)行 管理

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，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。長期以來，我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭占絕對的優(yōu)勢。近幾年國內(nèi)燃煤鍋爐技術(shù)已得到發(fā)展和進(jìn)步，成功開發(fā)出鏈條鍋爐分層給料和變負(fù)荷控制技術(shù)等，但總體看來，目前中國燃煤鍋爐的運(yùn)行狀況仍低于國外同類產(chǎn)品的水平，鍋爐房整體系統(tǒng)的效率較低，小型燃煤設(shè)備污染物排放超標(biāo)嚴(yán)重，“霧霾”天氣近幾年異常突出，即使再對燃煤鍋爐采取脫硫脫硝措施的情況下，也避免不了昂貴的脫硫脫硝運(yùn)行成本。在這種背景下，節(jié)約能源、推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整是中國緩解資源約束的現(xiàn)實(shí)選擇。近幾年來，我國堅持把轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)作為能源節(jié)約的戰(zhàn)略重點(diǎn)，努力形成“低投入、低消耗、低排放、高效率”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，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(yùn)而生，而開發(fā)淺層地?zé)崮艿臒岜每照{(diào)系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調(diào)系統(tǒng)。目前鐵路部分車站普遍使用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，但地源熱泵系統(tǒng)尚屬于新型中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，鐵路上目前的運(yùn)行管理人員對系統(tǒng)不夠熟悉，通過對已實(shí)施地源熱泵項(xiàng)目的運(yùn)行情況進(jìn)行長期跟蹤，總結(jié)出常見問題，深入分析原因，并提出相應(yīng)的運(yùn)行管理節(jié)能措施，可以更好地幫助我們使用這種新型系統(tǒng)。

1 地源熱泵系統(tǒng)

1.1 地源熱泵系統(tǒng)涵義

地源熱泵系統(tǒng)是一種將地表淺層地?zé)豳Y源當(dāng)作冷熱源，對建筑物實(shí)施供冷或供暖的空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)，地表淺層的實(shí)質(zhì)是一個大型的太陽能集熱器。地源熱泵通過少量電能的輸入，完成能量由低溫向高溫的轉(zhuǎn)移。地源熱泵同普通熱泵的原理基本一致，不同點(diǎn)是其冷熱源為淺層地?zé)崮?。地源熱泵系統(tǒng)包括三種不同的系統(tǒng)：以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵；以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統(tǒng)；以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統(tǒng)。 地源熱泵工作原理：是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

1.2 地源熱泵的系統(tǒng)構(gòu)成

地源熱泵系統(tǒng)可分為兩部分：地上部分和地下部分。

地下系統(tǒng)是地源熱泵工作性能的關(guān)鍵，它直接制約著地源熱泵系統(tǒng)制冷、供熱效率的高低。目前普遍使用的是近年來國際流行的封閉式循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是使用壽命最長、對環(huán)境破壞最小的地下系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用垂直鉆孔埋設(shè)法，即將地?zé)釗Q熱器的管道豎埋，這種方法因?yàn)檎嫉孛娣e小而在我國得到廣泛應(yīng)用。

地上系統(tǒng)主要包括地源熱泵機(jī)房和空調(diào)末端系統(tǒng)。由于地源熱泵可同時滿足制冷和供暖的要求，因此大大節(jié)省了制冷機(jī)房的占地面積和空間?？照{(diào)末端系統(tǒng)的設(shè)計與普通中央空調(diào)末端系統(tǒng)沒有太大區(qū)別，在此不再詳細(xì)陳述。

1.3 地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)

地源熱泵的主要特點(diǎn)包括：(1)節(jié)能特點(diǎn) 地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)能源供熱方式相比省去了鍋爐房系統(tǒng)，同時利用的是地表淺層可再生的熱量資源，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的要求；從制冷角度分析，循環(huán)水在地表淺層的土壤中進(jìn)行換熱，不需要額外設(shè)置冷卻水塔，可省去冷卻水的水耗；(2)環(huán)保特點(diǎn) 地源熱泵系統(tǒng)在制冷與供熱的過程中不產(chǎn)生廢水、廢渣、廢氣及煙塵，從而大大減小了對空氣、水資源的污染；(3)運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行效能高 無論冬季取熱還是夏季散熱，地源熱泵的換熱效率要比常規(guī)方式高的多，產(chǎn)生同樣冷量或熱量時地源熱泵所需配備的壓縮機(jī)功率小，電能消耗大大減少，與傳統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)和中央空調(diào)相比能耗降低50%-60%。

2 地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行管理中節(jié)能方法分析

2.1 地源側(cè)流速的控制

在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計中，地源側(cè)流速是設(shè)計參數(shù)中重要的一環(huán)，但在實(shí)際項(xiàng)目中，地源熱泵運(yùn)行時并不全按照設(shè)計流速運(yùn)行。部分負(fù)荷運(yùn)行過程中，循環(huán)泵部分開啟，而地源孔仍全部開啟，從而造成流速過低；不平穩(wěn)的地源側(cè)水力也會導(dǎo)致地源孔流速降低，據(jù)調(diào)查，地源側(cè)流速降低37%，地源孔散熱量降低18%。針對這個問題，節(jié)能的具體措施是在部分負(fù)荷運(yùn)行時同時將不用的地埋泵和相對應(yīng)地地源孔閥門關(guān)閉，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)水力使之平衡。

2.2 負(fù)荷調(diào)節(jié)

根據(jù)資料顯示，制冷時室內(nèi)溫度升高1℃，系統(tǒng)節(jié)能5%左右，供暖時室內(nèi)溫度降低1℃，系統(tǒng)節(jié)能1.5%左右。地源熱泵系統(tǒng)主機(jī)都可實(shí)現(xiàn)自動控制，調(diào)節(jié)方式分為兩種：一是以回水溫度為依據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在末端設(shè)備對回水溫度進(jìn)行設(shè)定，并按此設(shè)定長期運(yùn)行；二是根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的需要來手動調(diào)節(jié)回水溫度，當(dāng)負(fù)荷較小時適當(dāng)降低回水溫度，這樣在低溫供暖以及高溫制冷時熱機(jī)具有較高的能效比，可避免室溫過低、過高，從而促進(jìn)節(jié)能性能的提升。

2.3 設(shè)備節(jié)能運(yùn)行管理

地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)備主要包括地源熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵和末端設(shè)備，運(yùn)行管理中應(yīng)從多個方面進(jìn)行實(shí)施：第一，熱泵機(jī)組的啟用個數(shù)依據(jù)實(shí)際符合需要進(jìn)行調(diào)整，使其高效運(yùn)行；根據(jù)資料顯示，設(shè)定合理的回水溫度可提高6%左右的節(jié)能效果；避免頻繁啟動機(jī)組可有效降低開機(jī)能耗，當(dāng)使用部分主機(jī)運(yùn)行時，開啟相應(yīng)的循環(huán)水泵，關(guān)閉未開啟主機(jī)的進(jìn)出口閥門，避免因循環(huán)水無效旁通所導(dǎo)致的水流量不足，供熱能力下降。第二，地源熱泵擁有較大埋管敷設(shè)面積，地埋揚(yáng)程不宜過大；運(yùn)行過程中地埋管全部開啟，地埋泵只有部分開啟，所以地埋側(cè)管路會有一定的水力特性變化。同時在末端循環(huán)泵中會有部分設(shè)備運(yùn)行時偏離設(shè)計工況點(diǎn)的情況，使循環(huán)泵工況得以改善可以提升較大的節(jié)能效果。第三，設(shè)備末端節(jié)能運(yùn)行管理，夏季早晨室外氣溫較低，可利用空調(diào)新風(fēng)機(jī)及消防排煙系統(tǒng)抽、送風(fēng)約15分鐘，這樣不僅可以在開機(jī)前降低室溫、減少主機(jī)負(fù)荷，同時還能檢查排煙系統(tǒng)是否正常，對消防工作有一定幫助；隨時掌握候車大廳各區(qū)域的狀況及時調(diào)節(jié)風(fēng)柜、風(fēng)機(jī)盤管等設(shè)備，減少系統(tǒng)熱負(fù)荷，可降低機(jī)組和末端設(shè)備的耗電量。

2.4 設(shè)備運(yùn)行中電壓的調(diào)整

設(shè)備運(yùn)行的耗電量同電壓成正比，目前一般所使用的空調(diào)機(jī)組額定電壓均為380V，如若將其接入410V電壓運(yùn)行時，整體的系統(tǒng)耗能會增加約7%，并且長期在超負(fù)荷條件下運(yùn)行會造成設(shè)備使用壽命降低，采用合適的供電電壓對于設(shè)備運(yùn)行節(jié)能有很大幫助。一般來說設(shè)備對電壓的波動有一定范圍要求，最好調(diào)整在廠家使用要求的額定電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。

2.5 使用空間的封閉

根據(jù)實(shí)地調(diào)查顯示，目前很多高鐵站房采取的裝修方案屋頂處設(shè)置了格柵，但是格柵上部空間較大，有些甚至與室外未完全封閉，這就造成了冷量熱量的流失，特別是冬季供暖時，熱氣總是朝上漂流，再加上有些出風(fēng)口位置較高，風(fēng)道系統(tǒng)彎道多，阻力大，熱風(fēng)很難吹到旅客區(qū)域，導(dǎo)致供暖制冷效果明顯下降。若將格柵設(shè)置為可封閉的形式將顯著提高其低溫供暖以及高溫供冷的效果，同時也可降低8%左右的能耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2.6 使用風(fēng)幕機(jī)減少冷、熱量的損耗

高鐵候車廳人流量較大，進(jìn)、出站口需要不斷地開關(guān)門，冷量和熱量在開關(guān)門期間損耗很大，這在無形中增加了空調(diào)機(jī)組很大一部分的冷熱負(fù)荷。使用風(fēng)幕機(jī)可有效的減少不必要的冷熱量損失。風(fēng)幕機(jī)產(chǎn)生高速的氣流，將室內(nèi)外分成兩個獨(dú)立溫度區(qū)域，防止冷(暖)氣外流，在空調(diào)機(jī)組長時間運(yùn)行時，輔助循環(huán)調(diào)節(jié)溫度，達(dá)到節(jié)約能約改善環(huán)境的目的。熱風(fēng)幕按發(fā)熱源可分為電熱、水熱兩大類，電熱風(fēng)幕機(jī)發(fā)熱效率高、產(chǎn)出風(fēng)量大；水熱風(fēng)幕機(jī)因?yàn)椴恍枰褂秒娔軄砑訜?，所以有省電?jié)能的特點(diǎn)，根據(jù)調(diào)查顯示，使用合理的風(fēng)幕機(jī)能以60-80%的效率來保持室內(nèi)的冷、暖空氣溫度。

2.7 合理設(shè)計風(fēng)速及風(fēng)口位置

車站在建筑設(shè)計時為了追求外觀美，候車大廳一般都設(shè)計為高大空間，如果在中央空調(diào)設(shè)計時考慮出風(fēng)口風(fēng)速不夠，再加上有些出風(fēng)口位置較高，風(fēng)道系統(tǒng)彎道多，阻力大，會使得風(fēng)量就射不到人行區(qū)域，這就需要準(zhǔn)確合理的計算送風(fēng)口的出風(fēng)量，特別是在施工過程中存在一些變更，如空間高度增加，應(yīng)及時與設(shè)計部門聯(lián)系進(jìn)行再次重新效驗(yàn)設(shè)計。同時要注意送風(fēng)口和回風(fēng)口最好不要設(shè)置在同一側(cè)，避免因送風(fēng)風(fēng)速不足而直接從回風(fēng)口又回到回風(fēng)系統(tǒng)形成短路。

3 結(jié)語

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行、系統(tǒng)控制方面仍有較大的節(jié)能潛力，建立一套地源熱泵節(jié)能管理的完整系統(tǒng)不僅可以提高高鐵設(shè)備管理人員的管理水平，還可最大程度地挖掘地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行管理的節(jié)能潛力。

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