淺談地源熱泵系統(tǒng)

王彪

摘 要：地源熱泵是一種利用地下土體來儲藏能量，進行能量轉換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng)，是利用清潔可再生能源的一種技術。地源熱泵機組運行時使用電能，以水作為傳熱介質(zhì)，不使用燃料，投入1KW的電能可以得到4KW以上的熱量或5KW以上冷量，環(huán)保高效節(jié)能。地源熱泵系統(tǒng)不僅可供熱供冷，還可提供生活熱水，一機多用，取代傳統(tǒng)的單功能的設備，減少使用成本及設備數(shù)量，增加系統(tǒng)的可靠性。采用自動控制系統(tǒng)，使用壽命長，維護費用低，經(jīng)濟效益顯著。

關鍵詞：地源熱泵 高效 可再生 節(jié)能 經(jīng)濟

1、建筑物采暖供冷系統(tǒng)使用現(xiàn)狀：

隨著我國社會、經(jīng)濟、文明的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)有了更高的要求。民用建筑中的采暖供冷系統(tǒng)是其中的一個重要方面。目前我國主要采用空調(diào)系統(tǒng)、燃煤燃氣鍋爐等采暖供冷方式。

2、現(xiàn)階段使用的采暖供冷方法的弊端：

現(xiàn)階段我國的采暖供冷方式存在很多問題，如較大的能耗，供能不均及嚴重的大氣污染等，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）集中系統(tǒng)計價不合理而且無法調(diào)節(jié)。一般情況下計價時都是按照面積收費的，不能充分調(diào)動民眾的節(jié)能積極性，造成了嚴重的資源浪費。（2）傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供暖造成了嚴重的大氣污染，不符合現(xiàn)代社會發(fā)展對環(huán)保的要求。（3）空調(diào)供暖或供冷是普通建筑最常用的方式，但是耗電量較大，在用電高峰期會出現(xiàn)用電緊張，我國目前的發(fā)電企業(yè)也多為火電發(fā)電，發(fā)電過程中也對環(huán)境造成了嚴重的污染。

3、采用地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢：

針對城市用地緊張的情況，采用地源熱泵系統(tǒng)，占地面積?。▋H機房在地下室，其余部分均埋地），有利于節(jié)省空間。其COP值達到4以上，輸入1KW能量可以得到4KW以上冷熱量，充分利用大地儲能，高效節(jié)能。環(huán)境效益好，無污染，無廢棄物，滿足人們?nèi)找嫣岣叩沫h(huán)境要求?？蓪崿F(xiàn)一機多用，不僅可以供暖制冷，也可以向用戶提供生活熱水。運行維護成本低，可實現(xiàn)自動控制及遠程控制，減少人工成本，系統(tǒng)傳動部件少，維護量低。

4、地源熱泵系統(tǒng)：

材料、設備進場：所有材料進場時均應由相關單位進行驗收，管材的使用壽命在額定工作壓力下不低于50年，儀器儀表的量程和精度滿足設計及施工要求。施工單位必須投入足夠的施工設備及人員，保證施工進度不影響地基基礎施工。施工設備

系統(tǒng)設計：系統(tǒng)所加介質(zhì)為水或加防凍液的水，在機房設置過濾裝置。根據(jù)巖土熱響應實驗、建設用地規(guī)劃、建筑圖紙、綜合管網(wǎng)圖等資料進行地源熱泵系統(tǒng)設計。為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，對系統(tǒng)進行高低分區(qū)設置，保證系統(tǒng)末端處在安全的壓力范圍，同時合理確定不同分區(qū)設備、管道及附件的安全工作壓力，管道及閥件承壓等級需≥1.6MPa。高區(qū)低區(qū)采用板換隔離，板換布置于機房內(nèi)，避免水壓串壓，末端系統(tǒng)設備、閥件及管道的承壓要求均需≥1.0MPa。

地埋管施工：根據(jù)本小區(qū)實際情況，地埋管采用并聯(lián)雙U外徑25mm的高密度聚乙烯管，鉆孔間距采用不低于4.5m，鉆孔直徑135mm，有效換熱深度90m。水平管采用外徑32mm的高密度聚乙烯管，埋管深度不小于1.5m（具體深度要綜合考慮）。集管總管采用250mm高密度聚乙烯管，加設波紋補償器。地埋管、水平管及集管施工前均需沖洗及試壓，采用熱熔連接方式。地埋管下管完畢后進行壓力實驗并沖洗，實驗數(shù)據(jù)據(jù)實記錄存檔。實驗完畢后采用管帽臨時封堵地埋管管口。大面積鉆井需有測溫井?；靥畈捎命S沙等導熱性較好的材料密實回填?；靥顟撾S著黃沙的沉降及時加填，直至填料不再沉降為止。施工完畢后需在已完管井處做明顯標志。

運行策略：地源熱泵機房附近設置配電房，機房主機采用10KV機組，采用變頻系統(tǒng)控制。冬季采用3臺地源熱泵機組為整個系統(tǒng)供暖，系統(tǒng)根據(jù)末端負荷大小系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)開啟主機數(shù)量及對應開啟水泵的臺數(shù)。同時，系統(tǒng)自動判斷地埋側需要的換熱量，調(diào)整地埋側分區(qū)的管路關閉與開啟數(shù)量。夏季采用3臺地源熱泵機組及一臺單冷機組給系統(tǒng)進行供冷，系統(tǒng)根據(jù)末端負荷的需求自主調(diào)節(jié)主機的開啟數(shù)量。同時，監(jiān)測地埋管運行狀態(tài)及室外環(huán)境情況合理選擇開啟單冷機組或是熱泵機組，達到最優(yōu)能效比運行。

降噪措施：因能源機房內(nèi)部有多臺噪聲能量級較大的設備，噪聲疊加后能量也極大，在保證噪聲治理效果的前提下減低成本，地面減震采用在設備下方安裝減振浮筑結構，并在四周隔聲墻體下方安裝減振浮筑結構。

供能系統(tǒng)：夏季制冷，末端采用不銹鋼材質(zhì)水力平衡分配器+直流無刷風機盤管形式。水力平衡分配器與直流無刷風機盤管之間采用De25保溫柔性一體管，保溫厚度為20mm。冬季采暖，地面輻射供暖系統(tǒng)，盤管材質(zhì)為耐熱阻氧聚乙烯管，設計系統(tǒng)壓力為0.8MPa，實驗壓力為1.2MPa。

末端控制：末端可實現(xiàn)一鍵開關機及溫度調(diào)整功能，采用預付費超聲波熱量表計費系統(tǒng)，物業(yè)公司設有能源管理平臺和IC卡預充值設備系統(tǒng)。每戶設置預付費超聲波能量表，每單元設置單元能量表，每棟設置棟能量表。每戶能量表作為每戶的能量收費依據(jù)，單元表用來計量本單元的能量使用及損失情況，同時具有和本單元戶式表互相校正的功能，棟表用來計量本棟的能量使用及損失情況，同時具有和本棟單元表互相校正的功能。機房供水總管及地源側供水總管需設置能量表用來計量來計算整個系統(tǒng)的能量使用及損失情況，同時可監(jiān)測調(diào)節(jié)地源側吸排熱量來確定冷卻塔運行的時長，實現(xiàn)地源側熱平衡。

施工需監(jiān)理等單位全過程監(jiān)督確認。

5、采用地源熱泵系統(tǒng)不足：

（1）、一次性投資價格高。地源熱泵系統(tǒng)的投資額較中央空調(diào)等采暖制冷系統(tǒng)高40%以上。

（2）、系統(tǒng)復雜，安裝難度大，工藝要求較高。對設計、施工要求較高，需專業(yè)技術人員參與施工。前期打井工作量較大，特別是地質(zhì)條件復雜時。

（3）、受場地限制較大。井位的選擇必須考慮建筑的基礎，周圍環(huán)境，較大的換熱井占用面積。

（4）、地下管路損壞時維修困難。

6、小結：

地源熱泵作為一種新興的采暖制冷方式，較傳統(tǒng)的方式具有不可比擬的優(yōu)勢。更加節(jié)能的地源熱泵有著更廣闊的前景，在資源日益緊張的情況下，受到國家建設部的大力推薦。