談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

宋 新 軍

(上海建工一建集團有限公司,上海 200093)

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談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

宋 新 軍

(上海建工一建集團有限公司,上海 200093)

簡單介紹了地源熱泵空調(diào)技術(shù)的工作原理，并結(jié)合實際工程案例，分析了地源熱泵的技術(shù)特點，通過運行調(diào)試，得出了地源熱泵的節(jié)能效果，值得在我國推廣應(yīng)用。

地源熱泵技術(shù)，綠色環(huán)保，空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能

1912年瑞士的一個專家提出了地源熱泵概念，由于節(jié)能概念的先進，因此在國外得到了廣泛的研究和應(yīng)用。在我國，地源熱泵應(yīng)用起步較晚，在未來的幾年中，我們將面臨著巨大的能源壓力，地源作為一種清潔又環(huán)保的可再生資源，且得到了國家有關(guān)部門的明令推廣使用，因此地源熱泵發(fā)展較快，在工程實踐中也得到了應(yīng)用和發(fā)展。

1 工作原理

整個地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由室外地源換熱系統(tǒng)、地源熱泵主機系統(tǒng)和室內(nèi)末端系統(tǒng)等組成。

制冷時，地源熱泵機組中的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽—液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下的土壤中。室內(nèi)熱量通過室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)、地源熱泵機組和室外地埋換熱系統(tǒng)不斷轉(zhuǎn)移至地下土壤中，從而實現(xiàn)室內(nèi)制冷。制熱時，同樣熱泵機組內(nèi)壓縮機對冷媒做功，只是通過四通閥將冷媒流動方向換向，使原來的冷卻器變蒸發(fā)器，原來的蒸發(fā)器變成冷卻器，從而實現(xiàn)制熱。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的原理是利用土壤溫度相對穩(wěn)定的特點,通過深埋土壤中的閉環(huán)管線系統(tǒng)進行熱交換，再采取驅(qū)動壓縮機完成制冷制熱循環(huán)。也就是說，與傳統(tǒng)空調(diào)相比不同點在于：該空調(diào)系統(tǒng)是把冷凝器(蒸發(fā)器)直接埋入地下,使用冷媒等作為熱載體，熱交換對象為大地，在地下完成循環(huán)流動,從而實現(xiàn)與大地進行熱交換的目的。

2 技術(shù)特點

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)作為創(chuàng)新環(huán)?？照{(diào)，存在著以下技術(shù)特點及優(yōu)勢：1)高效節(jié)能。地源熱泵的冷熱源是采用的天然土壤源，是一種環(huán)保無污染的可再生能源，且具有較高的能效比；此外，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)又充分利用了土壤天然的能量儲備能力,將夏季室內(nèi)的熱量排入土壤中加以儲存，在冬季時將土壤內(nèi)儲存的熱量取用加入制熱循環(huán),并將室內(nèi)的冷量儲存到土壤中，以供夏季制冷時使用。2)綠色環(huán)保。地源熱泵是充分利用土壤能的空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備的運作也只需電力，一般無需其他設(shè)備(或僅需簡單增加輔助補充能源的設(shè)備)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)整體的電力消耗也低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，其環(huán)保的效果顯著。而且，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)整體采用的是封閉式水系統(tǒng)，整個熱交換過程均在土壤中完成,且與土壤之間只存在熱量交換，并不會排出廢液廢料，故不會污染土地，同時對空氣也無任何污染。同時埋入土壤后，土壤充當了天然的隔振隔音層，極大地減少了噪聲污染。3)性能可靠。目前地源熱泵大多采用高密度的聚氯乙烯管材,使用壽命長，能夠達到50年之久，整體系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,且操作方便，系統(tǒng)維護費用低。此外，地源熱泵系統(tǒng)大部分管道被埋入土壤中，土壤的環(huán)境來說較穩(wěn)定，不會被日曬雨淋，不易生銹老化，不易被氧化，從而避免了室外的惡劣氣候，而且機組緊湊、能節(jié)省建筑空間，減少建筑成本。4)安全實用。無易燃隱患,系統(tǒng)自動化程度高,能實現(xiàn)溫度、壓力、流量、關(guān)鍵部位的多參數(shù)自動調(diào)節(jié),實現(xiàn)遠程自動控制,達到節(jié)省占地、建筑美觀、節(jié)能的效果,且室外換熱器埋在地下不存在冬季除霜問題。5)可廣泛使用。不受地下水開采的限制，即通過輸入少量的高品位能源(如電能)，即可實現(xiàn)低溫位熱能，向高溫位轉(zhuǎn)移的環(huán)節(jié)(通常地源熱泵消耗1 kWh的能量，用戶可以得到4.4 kWh以上的熱量或冷量)。

3 工程應(yīng)用

上海閘北區(qū)大寧街道325街坊西地塊住宅項目,建筑面積133 006 m2(其中：地下建筑面積約為38 447 m2，地上建筑面積約為94 559 m2)，由多棟15層～25層的高層住宅組成。本工程采用2臺(1 745 kW/臺)熱回收地源熱泵機組、1臺螺桿式冷水機組(制冷量1 641 kW/臺)、1臺500 m3/h的超低噪聲橫流冷卻塔(配合螺桿式冷水機組使用)和2臺燃氣熱水鍋爐(制熱量分別為0.7 MW，1.4 MW)。制冷工況時優(yōu)先使用其中1臺熱回收地源熱泵機組，隨著用戶側(cè)空調(diào)負荷的增加，再優(yōu)先投入第2臺熱回收地源熱泵機組，不足部分采用冷水機組補充,在熱回收地源熱泵機組運行的時候，充分回收空調(diào)冷凝熱，用于預(yù)熱生活熱水；過渡季優(yōu)先使用熱回收地源熱泵機組加熱生活熱水；制熱季，優(yōu)先使用其中1臺熱回收地源熱泵機組，隨著用戶側(cè)空調(diào)負荷的增加，再投入第2臺熱回收地源熱泵機組，不足部分采用燃氣熱水鍋爐作為補充。

本工程在地下車庫筏板下布置地下?lián)Q熱器,共837個,地下?lián)Q熱器采用雙U型管徑為De25的PE100型高密度聚乙烯管，地下?lián)Q熱器分為14區(qū)域。在施工前，項目施工人員先根據(jù)圖紙在地面標記出埋管位置，核實無誤后從地面向下鉆孔，之后將預(yù)制好的U型換熱管伸入孔中，并保持垂直放入，并注意深度(本工程設(shè)計為100 m，考慮鉆孔時會有沉渣，為達到放入設(shè)計深度，鉆孔深度增加2 m)。待管件達到預(yù)定位置后，將回填原漿料填入孔洞中將孔封住，作為地埋換熱器。采用回填原漿作為盤管與土壤的導(dǎo)熱介質(zhì),使得熱換管與土壤完美結(jié)合，提高盤管與土壤的換熱效率。最后開挖水平管溝，開始水平管施工，并與所有垂直地埋盤管并聯(lián)連接，各連接回路的水平管從筏板下引至建筑地庫輪廓外，由車庫側(cè)墻進入到車庫內(nèi)，與相應(yīng)分集水器連接,形成閉式地源換熱系統(tǒng)，為地源熱泵系統(tǒng)發(fā)揮良好的作用打下了扎實基礎(chǔ)。

整個系統(tǒng)安裝施工完成后，項目組進行了制熱工況的調(diào)試，先開機其中1臺熱回收地源熱泵機組，隨著用戶側(cè)空調(diào)負荷的增加，再投入第2臺熱回收地源熱泵機組(正式運行后，設(shè)計不足部分可以采用燃氣熱水鍋爐作為補充)。經(jīng)過一段時間的運行后，并通過BA計量可知，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)達到同樣的目標溫度時，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。對于制冷工況(由于季節(jié)關(guān)系，制冷工況沒有調(diào)試)，由于可以充分利用地源熱泵機組冷凝器的廢熱，用于預(yù)熱生活熱水，故相比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，它的節(jié)能效果肯定會更加的明顯。

4 施工小結(jié)

在經(jīng)過實際調(diào)試運行后，可以輕易得出以下結(jié)論：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比節(jié)能效果顯著；另外,由于地源熱泵機組的換熱管路為埋地，因此極大的美化了建筑的周邊環(huán)境，也有效避免了傳統(tǒng)設(shè)備在運行中所產(chǎn)生的噪聲，同時也改善了建筑周圍的環(huán)境溫度。

5 結(jié)語

地源熱泵在我國作為較為新型的空調(diào)系統(tǒng)，可廣泛運用在我國各大地區(qū)，擁有良好的兼容性及適用性。此外，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備更多的占用建筑空間，發(fā)生額外的建筑成本；地源熱泵使用壽命比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)要長，據(jù)大量記錄案例的使用經(jīng)驗得出，雖然地源熱泵初期投資略高，但增加的初投資的費用一般在3年～7年內(nèi)即可收回，可見地源熱泵系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)的平均費用將顯著低于傳統(tǒng)的空調(diào)，為廣大用戶使用節(jié)約了不小的費用開支(比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能約30%～50%)，且地源資源是一種可再生的能源，取之不竭。因此，地源熱泵中央空調(diào)具有諸多的使用優(yōu)勢。由此可見，地源熱泵應(yīng)有著良好的市場前景，是目前一種比較理想的空調(diào)系統(tǒng)。

[1] 徐 偉.地源技術(shù)工程指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] 楊春堯.淺析地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)原理及特點[J].商品混凝土，2013(7)：52-53.

Discussion on ground source heat pump air conditioning system

Song Xinjun

(ShanghaiConstructionEngineeringFirstConstructionGroupLimitedCompany,Shanghai200093,China)

This paper introduced the working principle of ground source heat pump air conditioning technology, and combining with the actual engineering example, analyzed the technical characteristics of ground source heat pump, through the debugging, gained the energy saving effect of ground source heat pump, worthy popularizing and application in China.

ground source heat pump technology, green environmental protection, air conditioning system, energy saving

1009-6825(2017)10-0125-03

2017-01-20

宋新軍(1972- )，男，工程師

TU831

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