談地源熱泵技術(shù)及其應(yīng)用

陳長風(fēng)

(中鐵十二局集團物業(yè)公司，山西太原 030024)

1 概述

環(huán)保和節(jié)能成為全球發(fā)展的主題，可再生能源的開發(fā)與利用受到了廣泛的重視。地源熱系統(tǒng)被稱作新世紀(jì)最有效的冷暖中央空調(diào)技術(shù)，逐步走進人們的視野，這項技術(shù)夏天不用冷卻塔，冬天不用鍋爐房，不燃煤、不燃油、不燃氣，夏季能供冷，冬季能供熱。

2 地源熱泵工作原理及特點

2．1 地源熱泵工作原理

地源熱泵是充分利用水與地下能源(如地表水、地下水或土壤等)進行冷熱能量的交換，作為地源熱泵的冷源和熱源。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保、安全可靠、可自動運行等優(yōu)點。

2．2 地源熱泵的特點

地源熱泵系統(tǒng)把不可直接利用的熱能(如空氣、水、土壤、太陽能、工業(yè)廢熱、污水等)轉(zhuǎn)化為可直接利用的熱能，既節(jié)能又環(huán)保還節(jié)約了成本，同時還可根據(jù)室外溫度合理調(diào)節(jié)供熱與制冷的溫度，工作性能穩(wěn)定、操作維護簡便。

3 地源熱泵系統(tǒng)在中鐵十二局集團一號樓、二號樓的應(yīng)用

3．1 建筑概況

中鐵十二局集團一、二號樓住宅樓建筑總面積40 000 m2，建筑高度103．3 m，地上33層，地下1層，是集住宅、商鋪為一體的綜合性建筑。

3．2 地源熱泵系統(tǒng)的工作原理及特點

中鐵十二局集團地源熱泵系統(tǒng)為地埋式地源熱泵系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由地下埋管換熱系統(tǒng)、地源側(cè)循環(huán)泵WCFXHP系列熱泵機組、低區(qū)循環(huán)系統(tǒng)、高區(qū)循環(huán)系統(tǒng)、用戶室內(nèi)末端組成。地源熱泵工作流程圖見圖1。

3．2．1 地源熱泵供熱工作原理

1)地下埋管換熱器循環(huán)系統(tǒng)。

地下埋管換熱系統(tǒng)中的循環(huán)介質(zhì)吸收大地的熱量后，通過地源端分水器，經(jīng)地源循環(huán)泵加壓后，進入WCFXHP系列熱泵機組，與機組的蒸發(fā)器進行熱量交換后流出熱泵機組，經(jīng)地源端集水器后返回。周而復(fù)始，從而達到熱泵機組從大地中取熱的目的。

2)高低區(qū)循環(huán)系統(tǒng)。

根據(jù)樓層的高低及供熱的壓力不同，分為低區(qū)循環(huán)系統(tǒng)(1層～17層)和高區(qū)循環(huán)系統(tǒng)(18層～33層)，低區(qū)和高區(qū)循環(huán)系統(tǒng)通過板換相連進行熱交換。低區(qū)系統(tǒng)水進入熱泵主機，提溫達到機組設(shè)定溫度，經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)泵加壓，一部分進入分水器中，再由分水器送入用戶端(1層～17層)，經(jīng)用戶端后再由集水器返回?zé)岜脵C組。另一部則由分水器流入板換器與高區(qū)循環(huán)系統(tǒng)形成熱交換，從而使高區(qū)循環(huán)系統(tǒng)達到設(shè)定溫度，經(jīng)高區(qū)系統(tǒng)循環(huán)泵加壓，再由高區(qū)的分水器送入高區(qū)用戶端(18層～33層)，經(jīng)高區(qū)集水器返回。

圖1 中鐵十二局集團地源熱泵工作流程圖

3)室內(nèi)末端循環(huán)系統(tǒng)。

采用地暖管進行供熱。三個系統(tǒng)周而復(fù)始的循環(huán)，從而實現(xiàn)將熱量轉(zhuǎn)移到建筑物中。

3．2．2 地源熱泵制冷工作原理

制冷工作時，地下埋管系統(tǒng)與WCFXHP系列熱泵機組的冷凝器相連，冷媒介質(zhì)吸取室內(nèi)熱量，系統(tǒng)水經(jīng)機組冷卻后，通過高低區(qū)循環(huán)系統(tǒng)送入用戶，最后通過用戶端空調(diào)風(fēng)機實現(xiàn)供冷。

3．2．3 熱泵機組原理及特點

1)機組的組成。

WCFXHP系列是采用立式全封閉螺桿壓縮機的水(地)源熱泵機組，其主要部件有:立式全封閉螺桿壓縮機，滿液式蒸發(fā)器，殼管冷凝器，板式換熱器，供液球閥+馬達，熱力膨脹閥，液位傳感器。熱泵主機結(jié)構(gòu)圖見圖2。

2)主要器件及系統(tǒng)的工作原理。

a．壓縮機。壓縮機由安裝固定機殼內(nèi)的一對立式陰螺桿轉(zhuǎn)子組成，機殼上有吸氣口和排氣口，一對轉(zhuǎn)子做純旋轉(zhuǎn)運動，壓縮機運動平穩(wěn)，吸氣和排氣過程同時進行，排氣氣流均勻持續(xù)無脈動。壓縮機機殼內(nèi)安裝有特種高溫型電機，電機靠壓縮機排出的制冷劑冷卻，最終將熱量通過冷卻水帶走。

b．制冷劑系統(tǒng)。壓縮機通過排氣截止閥把高溫、高壓的氣體排到冷凝器，在冷凝器中，制冷劑氣體在管外凝結(jié)，把熱傳遞給管內(nèi)的冷卻水。液態(tài)的制冷劑把其積聚到冷凝器的底部，然后排出，排出的液體一部分經(jīng)過截止閥，電磁閥和熱力膨脹閥進入板式換熱器換熱，用來冷卻另一部分直接進入板式換熱器的液體，吸熱蒸發(fā)的制冷劑氣體回到壓縮機補氣口，主供液管路液體被冷卻后經(jīng)過供液球閥節(jié)流后進入蒸發(fā)器。蒸發(fā)器液位由液位傳感器測量，并由調(diào)制馬達通過控制球閥開度來調(diào)節(jié)。液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰，冷卻在蒸發(fā)器管束中流過的水。被蒸發(fā)的制冷劑氣體流向吸氣管，通過吸氣截止閥，吸氣止回閥門吸氣過濾器進入壓縮機。在壓縮機內(nèi)，氣體被壓縮，并開始重新循環(huán)。

圖2 熱泵主機結(jié)構(gòu)圖

c．油路系統(tǒng)。油回收系統(tǒng)分高壓油回收系統(tǒng)和低壓油回收系統(tǒng)。高壓油回收系統(tǒng)包括油分和回油管路，外置油分將大部分壓縮機排氣夾帶的油分離出來，從油分底部的回油管路回到壓縮機吸氣管，被壓縮機抽回。低壓系統(tǒng)包括引射泵和回油管路，油分沒有分離出來的少量油被帶入蒸發(fā)器，通過蒸發(fā)器上的回油口，經(jīng)引射器的動力將富油制冷劑從蒸發(fā)器回油孔引出，再經(jīng)過回油閥、干燥過濾器、止回閥、視液鏡送到吸氣管路上，從而進入壓縮機。

d．液體噴射循環(huán)系統(tǒng)。從冷凝器出液板換前分出一路經(jīng)角閥、電磁閥、干燥過濾器、視液鏡單向閥和角閥進入壓縮機液體噴射口，經(jīng)過節(jié)流膨脹，產(chǎn)生低溫的制冷劑氣體與壓縮機轉(zhuǎn)子中的制冷劑混合，從而降低排氣溫度，保證壓縮機在惡劣的工作情況下正常運行。

e．機組容量控制系統(tǒng)。每臺壓縮機都有一個液壓容量控制系統(tǒng)，它控制滑閥位置，從而調(diào)節(jié)壓縮機負荷大小，它由一個常閉加載電磁閥(A)、一個常開卸載電磁閥(B)和一個內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)閥組成。壓縮機正常運行時，閥A及B通電(A開、B閉)高壓油直接控制導(dǎo)引滑閥。作用在滑閥活塞表面的壓力產(chǎn)生的推力足以克服反向的彈簧力，推動滑閥向加載方向移動，當(dāng)給壓縮機“保持”命令時，閥A斷電(閉合)，滑閥的運動停止。在保持狀態(tài)下，調(diào)節(jié)滑閥的內(nèi)在壓力允許油從滑閥室泄出。若滑閥B斷電(打開)，作用在滑閥上的高壓油會排到吸氣口，滑閥室的壓力降低。此時，滑閥彈簧就會恢復(fù)到最小容量位置。滑閥運動全過程的合適時間大約為(40±10)s。機組容量控制系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 機組容量控制系統(tǒng)示意圖

3．3 系統(tǒng)維護

按規(guī)定的程序執(zhí)行開機和停機順序，記錄并分析機組運行參數(shù)，注意冷凍、冷卻水過濾器前后壓降，壓降過大需要清洗過濾器。

定期將機組停機，斷開主斷電器，檢查控制柜及電器設(shè)備有無松動的導(dǎo)線、燒毀的觸頭、燒壞的導(dǎo)線。定期檢查冷凝器管程的結(jié)垢程度，若發(fā)現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重，清洗管路。

在每年冬季、夏季使用前都要對供冷制熱管路及過濾器進行清洗以保證系統(tǒng)的正常運行。

3．4 地源熱泵技術(shù)運用情況及發(fā)展

中鐵十二局集團小區(qū)冬季供熱尚未并入太原集中供熱網(wǎng)，為單位自主供熱模式。原有的供熱系統(tǒng)已不能滿足一、二號樓新增的40 000 m2供熱需求，若繼續(xù)采用傳統(tǒng)的供熱方式，必須將原有的鍋爐拆除，進行改建擴容，這樣既不經(jīng)濟也不環(huán)保。

采用地源熱泵技術(shù)對一、二號樓進行單獨供熱后，傳統(tǒng)的供熱模式和地源熱泵技術(shù)得以共存，這樣既節(jié)約了成本，又滿足了用戶的需求。地源熱泵從2012年10月30日至今運轉(zhuǎn)良好，冬季室內(nèi)溫度達到20℃～24℃之間。夏季室內(nèi)溫度達到18℃～25℃之間，滿足了用戶的需求。

通過地源熱泵技術(shù)在一、二號樓的成功運用，也為此項技術(shù)在中鐵十二局集團范圍內(nèi)的廣泛使用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

地源熱泵技術(shù)作為一項新型高效清潔環(huán)保節(jié)能技術(shù)，雖然是首次在中鐵十二局集團公司范圍內(nèi)使用，但經(jīng)過一年的成功運行，充分體現(xiàn)了它的節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點。沒有了傳統(tǒng)采暖煤塵的污染，采用智能化操作，降低了勞動強度，節(jié)約了成本，是一項非常值得大力推廣的新型技術(shù)。

［1］GB 50366-2005，地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］馬最良，呂 悅．地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2007．

［3］中鐵十二局集團地源熱泵工程資料［Z］．

［4］渠建綱，盧 竟，朱 淵．某火車站地源熱泵系統(tǒng)施工管理要點［J］．山西建筑，2012，38(1):142-143．