地源热泵在供热空调系统中的应用及经济性能分析

地源热泵在供热空调系统中的应用及经济性能分析

齐涛

广东美的制冷设备有限公司广东佛山528311

摘要：当前，随着经济的发展，对各种能源的需求也在不断增加。地热能源是一种新型的可再生资源和环境友好型资源，具有广泛的分布、储量大、发展前景广阔的特点。浅层地热能量储存在地表浅层的可再生能源，因此对地热能源的开发是非常重要的，可以在很大程度上缓解目前的能源短缺。例如，使用地源热泵采暖和空调系统，热泵机组与地面之间的热交换，进入建筑空间，实现内部冷却或采暖的目的。在此基础上，分析了供热空调系统的源热泵系统，并对其经济性能的应用进行了分析。

关键词：地源热泵；供热空调系统；应用；经济性能

1前言

地源热泵空调系统是一种将地下浅层热能应用到空调制冷与供暖之中的技术，对节约社会资源、保护生态环境有重大的意义。在地源热泵空调系统应用到实际工程的过程中，存在一定的问题，为了促进地源热泵在我国的健康发展，国家和企业需要采取措施，促使相关技术人员在配合国家政策的大力支持下不断解决地源热泵空调系统在不同地区的适用性问题。

2地源热泵在供热空调系统中的工作原理

整个地源热泵空调系统主要由室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端系统等组成。

制冷时，地源热泵机组中的压缩机对冷媒做功，使其进行汽—液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下的土壤中。室内热量通过室内空调末端系统、地源热泵机组和室外地埋换热系统不断转移至地下土壤中，从而实现室内制冷。制热时，同样热泵机组内压缩机对冷媒做功，只是通过四通阀将冷媒流动方向换向，使原来的冷却器变蒸发器，原来的蒸发器变成冷却器，从而实现制热。

地源热泵空调系统技术的原理是利用土壤温度相对稳定的特点，通过深埋土壤中的闭环管线系统进行热交换，再采取驱动压缩机完成制冷制热循环。

也就是说，与传统空调相比不同点在于:该空调系统是把冷凝器(蒸发器)直接埋入地下，使用冷媒等作为热载体，热交换对象为大地，在地下完成循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的。

3地源热泵在供热空调系统的技术特点

地源热泵空调系统作为创新环保空调，存在着以下技术特点及优势:1)高效节能。地源热泵的冷热源是采用的天然土壤源，是一种环保无污染的可再生能源，且具有较高的能效比;此外，地源热泵空调系统又充分利用了土壤天然的能量储备能力，将夏季室内的热量排入土壤中加以储存，在冬季时将土壤内储存的热量取用加入制热循环，并将室内的冷量储存到土壤中，以供夏季制冷时使用。2)绿色环保。地源热泵是充分利用土壤能的空调系统，设备的运作也只需电力，一般无需其他设备(或仅需简单增加辅助补充能源的设备)，地源热泵空调系统整体的电力消耗也低于传统空调系统，其环保的效果显著。而且，地源热泵空调系统整体采用的是封闭式水系统，整个热交换过程均在土壤中完成，且与土壤之间只存在热量交换，并不会排出废液废料，故不会污染土地，同时对空气也无任何污染。同时埋入土壤后，土壤充当了天然的隔振隔音层，极大地减少了噪声污染。3)性能可靠。目前地源热泵大多采用高密度的聚氯乙烯管材，使用寿命长，能够达到50年之久，整体系统运行稳定可靠，且操作方便，系统维护费用低。此外，地源热泵系统大部分管道被埋入土壤中，土壤的环境来说较稳定，不会被日晒雨，不易生锈老化，不易被氧化，从而避免了室外的恶劣气候，而且机组紧凑、能节省建筑空间，减少建筑成本。4)安全实用。无易燃隐患，系统自动化程度高，能实现温度、压力、流量、关键部位的多参数自动调节，实现远程自动控制，达到节省占地、建筑美观、节能的效果，且室外换热器埋在地下不存在冬季除霜问题。5)可广泛使用。不受地下水开采的限制，即通过输入少量的高品位能源(如电能)，即可实现低温位热能，向高温位转移的环节(通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4．4kWh以上的热量或冷量)。

4地源热泵系统的经济性能

文章以某办公楼的供热空调系统为例，本工程采用2台(1745kW/台)热回收地源热泵机组、1台螺杆式冷水机组(制冷量1641kW/台)、1台500m3/h的超低噪声横流冷却塔(配合螺杆式冷水机组使用)和2台燃气热水锅炉(制热量分别为0．7MW，1．4MW)。制冷工况时优先使用其中1台热回收地源热泵机组，随着用户侧空调负荷的增加，再优先投入第2台热回收地源热泵机组，不足部分采用冷水机组补充，在热回收地源热泵机组运行的时候，充分回收空调冷凝热，用于预热生活热水;过渡季优先使用热回收地源热泵机组加热生活热水;制热季，优先使用其中1台热回收地源热泵机组，随着用户侧空调负荷的增加，再投入第2台热回收地源热泵机组，不足部分采用燃气热水锅炉作为补充。

本工程在地下车库筏板下布置地下换热器，共837个，地下换热器采用双U型管径为De25的PE100型高密度聚乙烯管，地下换热器分为14区域。在施工前，项目施工人员先根据图纸在地面标记出埋管位置，核实无误后从地面向下钻孔，之后将预制好的U型换热管伸入孔中，并保持垂直放入，并注意深度(本工程设计为100m，考虑钻孔时会有沉渣，为达到放入设计深度，钻孔深度增加2m)。待管件达到预定位置后，将回填原浆料填入孔洞中将孔封住，作为地埋换热器。采用回填原浆作为盘管与土壤的导热介质，使得热换管与土壤完美结合，提高盘管与土壤的换热效率。最后开挖水平管沟，开始水平管施工，并与所有垂直地埋盘管并联连接，各连接回路的水平管从筏板下引至建筑地库轮廓外，由车库侧墙进入到车库内，与相应分集水器连接，形成闭式地源换热系统，为地源热泵系统发挥良好的作用打下了扎实基础。

整个系统安装施工完成后，项目组进行了制热工况的调试，先开机其中1台热回收地源热泵机组，随着用户侧空调负荷的增加，再投入第2台热回收地源热泵机组(正式运行后，设计不足部分可以采用燃气热水锅炉作为补充)。经过一段时间的运行后，并通过BA计量可知，发现室内达到同样的目标温度时，地源热泵空调系统比传统的空调系统节能效果显著。对于制冷工况(由于季节关系，制冷工况没有调试)，由于可以充分利用地源热泵机组冷凝器的废热，用于预热生活热水，故相比传统的空调系统，它的节能效果肯定会更加的明显。

5结语

地源热泵在我国作为较为新型的空调系统，可广泛运用在我国各大地区，拥有良好的兼容性及适用性。此外，传统空调系统设备更多的占用建筑空间，发生额外的建筑成本;地源热泵使用寿命比传统的空调系统要长，据大量记录案例的使用经验得出，虽然地源热泵初期投资略高，但增加的初投资的费用一般在3年～7年内即可收回，可见地源热泵系统在整个生命周期内的平均费用将显著低于传统的空调，为广大用户使用节约了不小的费用开支(比传统空调系统节能约30%～50%)，且地源资源是一种可再生的能源，取之不竭。因此，地源热泵中央空调具有诸多的使用优势。由此可见，地源热泵应有着良好的市场前景，是目前一种比较理想的空调系统。

参考文献

[1]刘春锋.土壤源热泵蓄能系统在住宅建筑中的应用[D].西安建筑科技大学,2007.

[2]龚凯.华东地区某地源热泵系统运行经济性分析[D].河北工程大学,2015.