淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

趙紅娟

河北筑美工程設(shè)計(jì)有限公司（061001）

淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

趙紅娟

河北筑美工程設(shè)計(jì)有限公司（061001）

1 集中供熱熱源形式的演變

集中供熱作為城市建筑采暖的基本原則，到目前為止已發(fā)展到相當(dāng)高的水平，其中熱電聯(lián)產(chǎn)被認(rèn)為是能源利用最有效的形式。但是，近年來由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，集中供熱有了較大的改變。一方面，以鍋爐房和熱電站為中心的集中供熱大力發(fā)展，另一方面，空調(diào)產(chǎn)品大量進(jìn)入家庭，使得城鄉(xiāng)居民的用電負(fù)荷急劇上升，特別是在夏季的用電高峰期，各城市均對民用供電系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造。同時(shí)，也興建了大批電站工程，以滿足城市供電增長的需求，但是用電高峰過后，電站就被閑置，造成極大的投資浪費(fèi)。冬季供暖和夏季空調(diào)都要消耗能源，而冬季供暖期和夏季空調(diào)供電期兩個(gè)高峰期的持續(xù)時(shí)間均不長，造成民用熱網(wǎng)和電網(wǎng)兩個(gè)系統(tǒng)的利用率都不高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，采暖與空調(diào)會(huì)越來越普及，冬季供暖和夏季空調(diào)會(huì)越來越普及，冬夏兩個(gè)用能的高峰值對每個(gè)城市來說都會(huì)增大，兩套系統(tǒng)的效率會(huì)進(jìn)一步降低，行業(yè)綜合效益進(jìn)一步下降。

若冬季采暖和夏季空調(diào)用同一種能源—電，則情況會(huì)大大改變。如果采用冷暖空調(diào)，冬季采暖期按120 d計(jì)，夏季空調(diào)期按60 d計(jì)，則每年空調(diào)器使用時(shí)間為180 d，即3 320 h，那么，為滿足空調(diào)電負(fù)荷而設(shè)的調(diào)峰電站的年運(yùn)行時(shí)間將從60 d/年增加到180 d/年。新建的城市小區(qū)采用冷暖空調(diào)來達(dá)到冬季采暖夏季調(diào)溫的目的，可大大減少鍋爐房、熱電站的重復(fù)建設(shè)，充分利用已建大型電站的能力，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)及維修管理工作量。

一般來講，純發(fā)電的電站熱效率較低，大型電站為35%左右，小型電站的熱效率不到30%，考慮電網(wǎng)的損失，到用戶的熱效率也只有30%左右。因此，如果用電能直接轉(zhuǎn)化為熱能來采暖，像電熱絲、油浴加熱器、紅外取暖器等,其綜合效率將小于30%，從節(jié)能角度來說是不合理的，經(jīng)濟(jì)上是不可行的。采用熱泵技術(shù)采暖，其效果就完全不一樣。冷暖空調(diào)是利用熱泵的原理，將室外的低溫?zé)崃?，通過電力做功，把室外的熱量輸送到室內(nèi)，達(dá)到采暖的目的。通過熱泵技術(shù)從室外環(huán)境中吸收熱量采暖的能效比一般為3.4～3.7，也就是說，消耗1 kW的電力，可以從室外獲得2.4～2.7 kW的熱量，可以把3.4～3.7 kW的熱量送到室內(nèi)。

2 什么是地源熱泵

地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即:在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1 kW的能量，用戶可以得到4 kW以上的熱量或冷量。

與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%～90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為有效的熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省1/2以上的能量。地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%～60%。從資料上看到:近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍。可以預(yù)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。

圖1 地源熱泵工作原理及特點(diǎn)

地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分:室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機(jī)主要有兩種形式:水-水式或水-空氣式。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞,水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)是水或空氣。

3 地源熱泵同空氣源熱泵相比的優(yōu)點(diǎn)

1）冷（熱）源全年溫度波動(dòng)小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高出40%，從而節(jié)能和節(jié)省費(fèi)用40%左右。

2）冬季運(yùn)行不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失。

3）地源有較好的蓄能作用。

4 地源熱泵有如下特點(diǎn)

1）地源熱泵屬于可再生能源利用技術(shù)。它是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400 m深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔可再生能源的一種形式。

2）地源熱泵屬于經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。地能或地表淺層熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季它比環(huán)境空氣溫度高，夏季它比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高，因此既節(jié)能又節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

3）環(huán)境效益顯著。地源熱泵的污染物排放與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施節(jié)能減排會(huì)更明顯。

4）一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐和空調(diào)兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖。