地源热泵中央空调

地源热泵中央空调（共11篇）

地源热泵中央空调 篇1

摘要：地源热泵中央空调的广泛应用, 对于建筑的节能减排有着重要的意义, 对于我们生产生活有着积极健康的影响, 顺应了时代可持续发展的思想, 本文浅析了地源热泵中央空调的含义、地源孔施工要点等内容。

关键词：地源热泵中央空调,施工,要点

1.基本原理及关键技术

热泵定义:通过消耗少量高品位的能量, 将土壤里、江、河、湖泊水、工业废水中或空气中大量不可直接利用的低品位热能变成可直接利用的高品位热能的装置叫做热泵。

1.1项目的技术经济特性

1高效节能:冬季, 供热系数高达4.3, 正常为输入1KW的电能, 可产生4KW左右的热能;夏季, 输入1KW的电能, 可得到4KW (4倍) 以上的冷量。能源利用效率为电采暖的3-4倍。

2绿色环保:该机组在供热时, 省去了锅炉房系统, 没有燃烧过程, 不排放任何废物, 无需设烟囱。制冷时省去了冷却塔, 避免了冷却塔噪音及霉菌污染, 使环境更加洁净优美, 是真正的绿色环保产品。

3节省费用:该机组运行费用低。冬季供热, 其地下水和电相当于供热锅炉燃用的煤、油或气, 而从废水中提取的热量占总热量的70-75%。机组在制热过程中, 有70-75%的“燃料”是不用花钱的。所以, 其运行费用仅为燃煤供热锅炉的3/4, 燃油锅炉的3/10, 电热锅炉1/4。每平方米建筑面积供暖运行费用只有14~16元/一个采暖期。而目前的锅炉供热收费标准为22-25元/平方米, 1万平方米建筑物一个采暖期可节省采暖费8-10万元, 可节省燃料煤350吨, 减少烟尘排放量385万立方米。

4操作简便:该机组运行维护十分简便。全部为自动化控制, 每班只需1个人, 操作人员仅为锅炉的1/4。

5维修量小:燃煤锅炉每年换炉排、修炉拱等费用, 年平均需投资1元/平方米, 以10万平方米供暖面积计算, 使用该机组每年可节省维修费用约10万元。

6初投资省:用该机代替锅炉供暖的一次性投资为每平方米采暖面积60-80元/平方米, 低于或等同于城市集中供热入网费。用该机组代替传统的中央系统, 其总投资可节省30~40%。

7节约水源:以地下水为源体, 吸收或向其释放热量, 从而达到制冷或供热的作用, 既不消耗水资源, 也不会对其造成污染。

8节省土地:该机组占地面积小, 机房不需要单独考虑建设位置, 可与变电所合建 (设于变电所下面) , 作成半地上、半地下式, 层高3.3米即可, 省去了锅炉房及与之配套的煤场的渣场, 节约了土地资源。该机组占地面积仅为锅炉用房的1/10-1/15。以一个10万平方米的小区为例, 该机组机房面积仅为150平方米就足够用, 而建锅炉房则需占地至少1500平方米。凡3.5万平方米以上规模的小区, 即能省出一栋楼的位置, 可建2000-5000平方米的住宅。其剩余价值足够支付安装该机组的费用。

9用途广泛:该机组一机多用。利用一套设备可以在冬季供热, 夏季供冷, 同时供应热水, 可广泛应用于城市区域供热;建筑物 (宾馆、商场、学校、办公楼、酒店、大型公共设施、别墅及高级住宅小区) 中央空调 (风机盘管、全空气系统均可) ;游泳池水加热;水产养殖及工厂种植 (养殖水加热、室温、地温保持均可) 。

2.地源热泵室外地埋管系统安装要点

2.1地源热泵室外地埋管一般选用垂直埋管方式, 也叫直埋式。直埋式地源热泵施工时所需场地小, 节省建筑空间, 是一种经济、对环境无害的绿色能源利用方式。它运行时无噪声, 可靠、持久, 供热:制冷效果好, 舒适感好, 是一种值得推广的能源利用新技术。安装过程如下:

直埋式地源热泵需要用钻机进行施工, 要求钻机的钻进深度达到150~200m, 本工程设计孔的有效深度为105m。钻头的直径110mm, 由于钻孔深度较浅, 一般采用常规的正循环钻进方法。

钻孔施工完成后孔壁必须保持完整, 如果施工区地层土质比较好, 可以采用裸孔钻进;如果是砂层, 孔壁容易坍塌, 则必须下套管。裸孔钻进时, 要求泥浆的密度在1.25g/cm3左右, 以保证形成比较稳定的孔壁并逐渐降低泥浆浓度。成孔时, 要求最后上返泥浆的密度1.08g/cm3左右, 且泥浆中基本不含砂粒。

2.2 U型管的制备。按照事先设计好的接管方式, 把PVC型管制备好, 要求尽可能让U型弯接头的熔接作业在室内进行, 以保证接头熔接的可靠性。在场地内展开U型管, 以使其最好地下入孔内。注入防冻液。防冻液可以增加U型管的整体重力, 使下管更加容易, 并作为传热介质。确保防冻液无泄漏后, 在PVC管的U型接头处捆绑配重。配重一般选用a8一15mm的钢筋, 长度为215m左右, 根据下入PV管的根数决定配筋的数量, 一般下入3根PVC管配1根筋, 下入5根PVC管配2根筋。

2.3下U型管前, 必须进行打压实验, 实验合格后, 方可进行下管。U型管的下放是工程的关键, 因为下入U型管的深度决定着采取热量的多少, 所以必须保证下入U型管的深度。下U型管的方法十分简单, 一般采用钻机下管器下管。在施工过程中, 由于孔内情况复杂, 下入U型管时可能会遇到很大的阻力 (主要来自孔壁对U型管的摩擦阻力) , 所以下管时, 必须带压下管。U型管下到规定深度后, 观察压力表的压力, 压力没有变化时, 可以进行下一步回填施工。下管过程中每5m设一个固定卡。

2.4注浆是为了填充U型管与钻孔孔壁间的间隙, 使其具有更好的传热性能。填充材料的选择决定了传热率的大小, 最好是把钻孔所取的岩土体进行回填。具体施工工艺是, 第二个钻孔的泥浆流经第一个钻孔后, 再到泥浆坑中, 由于沙子的比重大于泥浆, 当带有沙子的泥浆流经第一个孔时, 沙子沉落孔内, 泥浆流到泥浆坑中。利用这种方式使第二个孔的砂石可以注满第一个孔内80%以上的深度, 剩余20%深度用2mm的石霄注满。离要求标高负1米时, 用混凝土封井。

3、结语

地源热泵中央空调的出现以及广泛应用, 对于我们生活的环境以及生活都有着深远的意义, 有着高效、节能、应用范围广、一机多用、自动化程度高、没有任何污染、运行稳定可靠、维护方便、使用寿命长等等优点。因此, 我们要重视地源热泵中央空调的调试工作, 要严格按照规范进行施工工作, 提高施工人员的技术水平, 提高施工环节的质量保证, 提高工作人员的工作责任心, 安装调试工作是一项复杂的工作, 只有细心的施工, 才能保证调试安装工作的顺利进行, 才能保证建筑的整体质量, 最后确保人们生活的舒适性和满意度。

地源热泵中央空调 篇2

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地源热泵空调节能减排的经济效益 篇3

关键词：地源热泵?水源热泵空调?传统中央空调?运行费用?节能减排

中图分类号：TU833.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0049-02

地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水中的浅层地温能资源作为建筑物冬季热源和夏季冷源，由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生资源、既可供暖又可制冷、能够“节能减排”的新型中央空调系统。

该系统由水源热泵机组、浅层地温能热交换系统、建筑物内部中央空调系统组成[1]。地源热泵技术具有明显减排温室气体的特点。由于地源热泵供暖70%以上的能源来自于土壤中的能量，30%以下的能源来源于电能，所以用它替代冬季采暖锅炉，至少可减排温室气体70%以上。另外，地源热泵技术利用的能源是常温土壤或水中的低位能量，并不需要特殊的地热田或地下热水。它只要有足够进行热交换的浅层土壤就可满足地源热泵所要求的技术条件，同时它不消耗也不污染地下水。并且，地源热泵空调具有高效节能，运行费用低的特点。在供暖时，地源热泵技术可将土壤中的能量“搬运”至室内，其能量70%以上来自土壤，制热系数高达5.0，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%的运行费用；制冷时要比普通空调节能40～50%，运行费用降低40%以上。

本文将以成都地区某2万m2商业办公楼项目为例，分析对比水源热泵空调与传统中央空调（水冷螺杆式机+燃气锅炉）的节能减排经济效益。

1　基本参数

1.1　空调室外计算参数

冬季：干球温度6.0℃；平均最冷月相对湿度：80%；夏季：干球温度31.6℃；湿球温度：26.7℃；平均最冷月相对湿度：85%；

1.2　空调室内计算参数

冬季室内设计温度t=20～22℃，室内相对湿度φ≤55%。夏季室内设计温度t=24～28℃，室内相对湿度φ≤60%

1.3　设计负荷

整个空调面积约为20000m2，根据成都地区经验数据，商业区经验冷指标为140W/m2，经验热指标为120W/m2，估算得空调系统的冷负荷为2800kW，热负荷为2400kW。

2　方案设计

2.1　水源热泵中央空调系统

本方案拟建设一个热源井沿建筑物周围均匀布置，通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，机组设置于地下室。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。

设计用2台水源热泵机组（30HXC-400AH-HP1）满足供热制冷需求。根据所选择的水源热泵机组，所需的最大用水量为244m3。根据区域水文地质资料[2]，设计单井出水量40m3/h，共设计取水井6口；设计单井回灌量20～30m3/h，共设计回灌井12口。热源井的单井初步设计深度为40m[3]。主要设备选型及技术参数如下：

30HXC 400AH-HP1水源热泵机组性能参数：

制热量1356KW，水源侧温度15/7℃；冷热水温度40/45℃；冷冻水流量263m3/h，水源侧流量132m3/h，耗电量318KW。

制冷量1528kW，水源侧温度18/29℃，冷热水温度12/7℃；冷冻水流量234m3/h，水源侧流量122m3/h，耗电量211kW。

2.2　水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉

本方案拟建设一个集中供冷站和一个集中供热站，供冷站及供热站设置于地下室，冷却塔设置于空地上。通过管网输送给各末端采暖制冷用之热（冷）媒即热水或冷水，制冷时管路切换至水冷螺杆机系统，制热时切换至锅炉系统。室内末端设备采用风机盘管+新风系统。

3　经济性比较

3.1　初投资比较

3.2　年运行费用比较

制冷时间按120d，每天12h运行计算；供热时间按100d，每天12h计算。电费按1.0元/度计，天然气按2.2元/Nm3计。【运行耗能=制冷量（制热量）/EER（COP）×运行时间】

根据每天环境温度的变化情况以及《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）、《居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2001）规定空调运行时间：夏季为120d；冬季为100d；空调每天运行12h，其中：

100%满负荷运行时间为2.3%，75%部分负荷运行时间为41.5%

50%部分负荷运行时间为46.1%，25%部分负荷运行时间为10.1%

水源热泵系统夏季EER为4.8，冬季COP为3.6；水冷螺杆冷水机夏季EER为3.5，冬季燃气锅炉COP为0.85，

通过计算，水源热泵中央空调系统运行费用为：夏季耗电量495602kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量485490kW·h，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用包括人工费及系统维护费等，为15万元，年运行总费用为113.11万元；传统中央空调运行费用为：夏季耗电量660798kW·h，年运行费用为49.56万元；冬季耗电量169920kW·h+耗气量237948Nm3，年运行费用为48.55万元，运行管理维护费用18万元，年运行总费用为：153.43万元。每平米运行费用为水源热泵中央空调56.56元，传统中央空调76.72元。

4　结语

由上述实例可以看出，虽然地源热泵中央空调系统修建的初投资费用较高，为1000万元，比传统中央空调（水冷螺杆式冷水机+燃气锅炉系统）的修建费用830万多出170万，增加的投资比例约为20%。但是在运行费用上，地源热泵中央空调系统所节省的能耗及其所产生的经济效益是巨大的，节省能耗为26%。投资回收期仅需4.22年，运行20年后的纯收益为636.24万元。由此可见，地源热泵在节能减排方面，具有非常大的优势，并且有显著的经济效益。地源热泵技术是一项非常有发展前途和推广价值的可再生能源利用技术，这项技术目前已经具备了城市级区域推广的条件，必将在我国的节能工作中发挥更大的作用[4]。

参考文献

[1]　周念沪.地热资源开发利用实务全书[M].北京：中国地质科学出版社，2005：11-39.

[2]　刘俊贤.成都市水文地质工程地质环境地质综合勘察报告[R].四川省地质矿产局.1990.

[3]　武晓峰，唐杰.地下水人工回灌与再利用[J].工程勘察，1998（4）：37-40.

地源热泵中央空调 篇4

地源热泵技术是利用大地作为低位热源, 通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能, 并应用热泵原理, 对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

地源热泵是由水循环系统、热交换系统、地源热泵机组和控制系统组成, 是一套节能无污染, 既能取暖又能制冷的设备, 从能源角度来说, 它利用的是常温下土壤热量。所以, 这是一种用之不尽的可再生能源。

1 别墅中央空调工程

1.1 工程概况及设计依据

工程所在地为江苏苏州市;该别墅建筑面积约为410余平方米, 分为地上三层。空调设计满足约310m2冷量要求和每天500L50-55℃生活热水。

设计依据:《采暖通风及空气调节规范》GBJ19-87;《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-98;《通风与空调工程质量检验评定标准》T613 GB50045-9《建筑设计防火规范》;客户要求及苏州地区地质、气象参数。

1.2 中央空调方案简介

空调系统方案推荐:推荐使用地源热泵空调系统。

室外冷 (热) 源系统:采用低品位地下可再生能源系统。

室内末端空调系统:

采用风机盘管, 可根据需要开停末端风机盘管, 实现各房间的独立控制, 而且送风柔和;地源热泵机组性能优异;与风冷形式例如VRV空调相比、没有制冷系统管路总长度的限制, 不存在弯曲阻力、垂直管回油困难易造成机组烧毁问题, 不会产生制冷系统管路渗漏等不利因素而影响制冷/供热效果。

各房间空调方式———全部采用风机盘管水系统, 该方案特点:

1.布置灵活, 根据业主要求及现场情况和装潢决定风机盘管的位置及吊装;

2.运行节能, 每个房间可以独立控制开、停, 而且三速调节, 避免全风系统一开全开的弊病, 因而节省运行费用;

3.安装方便, 风机盘管的连接为水管, 体积小, 可以不事先预留孔, 穿墙、过梁非常方便, 和消防系统、照明系统矛盾很少;

4.送风方式采用风机盘管侧送风, 下回风, 送风组织非常理想。新风供给采用窗式微量通风器和建筑装潢统筹考虑;

5.室内冬季采暖另外设计为目前别墅市场上最为时尚的地板采暖的地热盘管方案, 使用效果非常舒适同时非常节能。

空调主机选择方案:

选择目前世界最节能环保的地源热泵冷热水机组水源热泵冷热水机组型号:SDR-440S/W数量:1台制冷量:44.5KW/台制热量:49KW/台额定功率:8.2KW该方案需提供地下冷却系统, 根据业主实际状况:

1.可以提供地下井水源, 流量4.5吨/小时,

2.采用地下埋管系统:埋管深度83M, 埋管材料用φ32×2.0PE管道连成U型管, U型管数量为16个, 距地面1.5米处用φ50×2.5PE管同程连接至空调主机, 施工结束后地表面依然可以进行绿化、道路施工等。

3.空调方案特点优势:

(1) 环保节能。空调主机模块化设计, 可以根据建筑物冷热负荷自动调节空调主机的开启, 运行更为节省, 室内采用的空调方式为独立式风机盘管水系统, 开关随意, 大大节省了能源;

(2) 能效比高。空调压缩机选用世界名牌涡旋式空调压缩机, 能效比高;

(3) 夏季运行可以免费使用生活热水;过渡季节可以提供生活热水洗浴;

(4) 使用寿命长。室外地下埋管系统无腐蚀, 使用寿命可达50年以上, 空调主机由于机组运转环境理想, 比常规空调主机使用寿命更长, 与风冷形式例如VRV空调相比、没有制冷系统管路总长度的限制, 不存在弯曲阻力、垂直管回油困难易造成机组烧毁问题, 不会产生制冷系统管路渗漏等不利因素的影响制冷/供热效果。因此使用寿命可达25年以上。

2 埋管方案

2.1 系统选择

本空调工程方案设计选择当今空调工程最节能、环保的地源热泵埋管方案。冷 (热) 源来自与地下土壤进行热交换。

制冷:地下土壤带走夏季空调系统100%的余热, 向周围地源蓄热能。

供热:由热泵系统以地下埋孔提取地下低位蓄热能向建筑物供热。

生活热水:本方案选择的地源热泵机组, 夏季制冷的同时免费提供高温生活热水;冬季在采暖间隙时间完成热水制备 (此过程由微电脑控制自动执行且时间短暂) ;其他非空调季节开启主机即可获得廉价、高温的生活热水。

本工程业主要求生活热水水温60℃, 可增加一只辅助电加热器置于水箱内, 在空调将水温提升到55℃后, 启动辅电将水温再提升5℃, 从而达到60℃。 (空调机组所产生的55℃生活热水安全、卫生、舒适, 且满足热水工程相关规范, 建议业主考虑后再作选择辅以电加热。)

泳池热水:泳池水温维持在28℃左右即可, 泳池水量约为65吨, 夏季泳池水不须加热。冬季第一次使用泳池加热时间稍长, 冬季自来水温度约为13℃, 本方案选择的SDR-440S/W主机制热量49千瓦, 按提升15℃温差计算, 每小时处理泳池水4.4吨, 则需要14.5小时, 以后维持水温则需要不到两小时, 在空调采暖间隙时间即可完成。夏季泳池不需加热, 春、秋季节用时减半。

2.2 方案优势

省电、节能。地源热泵中央空调为现今空调类能效比最高产品, 其能耗仅为普通空调的40-60%, 大大节约用电, 缓解用电压力。

保证制热效果。地源热泵提取地下恒定能源, 不仅满足空调制冷效果, 而且其制热效果更加显著, 在-30℃严冬仍能保证空调制热, 而风冷形式如VRV系统通常在-5℃以下需要辅助电加热系统补充热能。

提供生活热水地源热泵中央空调不仅充分保证空调效果, 其制造生活热水的功能更加显著, 该机组通过低于地层恒温的制冷剂蒸发来吸收地层的低位能, 再经过压缩机输入微小电能将低位能转化变成超过55℃可利用的高位能, 对使用侧生活热水循环加热, 从而使水温加热至设定温度。该形式最大程度的节约了能源, 增强了功能、减少了二次投资及运行费用。

环保节能。地源换热形式高效稳定, 无大气、水源、声音污染, 适合办公、住宅等环境要求较高场所, 避免了风冷系统与空气进行换热噪声大、造成局部环境热效应的缺点;

长效稳定。地下换热形式恒定、全封闭冷却系统, 有效延长了整体系统使用寿命;主机压缩机等主要零部件在稳定良好状态下运行, 其运行负荷仅为风冷形式如VRV等空气源形式空调零部件的50%, 有效的延长了主机寿命, 从而保证了系统稳定性。

智能控制。模块化主机模糊控制, 整套系统完全适配室内空调实际需求量, 柔性调节, 科学运行, 管理简便。

体积小巧。本工程采用出口别墅专用高档地源热泵机型, 全部采用板式换热器、名牌压缩机。能效比非常高且机型小巧、美观, 节省空间。

2.3 对地埋管系统的建议

根据计算该项目横埋所需的管材和占地面积比较多。因此建议采用竖埋系统。

3 地源热泵竖埋管系统设计说明

3.1 建筑物冷负荷及主要设备选型

根据业主提供得建筑总冷负荷59.4KW。考虑到房间的同时使用系数 (取0.75) , 得到建筑的冷冻负荷44.5 KW (Q=59.4*0.75) 所以选择地源热泵机组SDR-440S/W一台, 在标准设计工况下的COP=5.43 (制冷) 。

3.2 计算地下负荷

冬夏季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。可以根据以下公式计算:

其中:Q’:夏季向土壤排放的热量, KW;Q:夏季设计总冷负荷, KW;

COP:设计工况下水源热泵机组的制冷系数。

因为夏季向土壤中排放的热量远大于冬季从土壤中吸取的热量, 所以以夏季向土壤排放的热量Q’进行计算。

3.3 竖埋埋管管长

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外, 还需要有当地的土壤技术资料, 如地下温度、传热系数等。根据我们已掌握的地质资料和实际工程中的经验, 可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量, 竖埋管为35~50W/m (管长) 左右。

设计时可取换热能力的下限值, 即35W/m (管长) , 具体计算公式如下:

中L———竖井埋管总长, m;Q’———夏季向土壤排放的热量, kW;分母“35”是夏季每m管长散热量, W/m;L= (52.7×1000) /35=1506 (米)

3.4 确定竖井数目及间距

竖井深度多数采用50~100m, 设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H, 代入下式计算竖井数目:

其中N——竖井总数, 个;L——竖井埋管总长, m;H———竖井深度, m;

分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。然后对计算结果进行圆整, 若计算结果偏大, 可以增加竖井深度, 但不能太深, 否则钻孔和安装成本大大增加。

圆整后取16个。

关于竖井间距有资料指出:DN25U型管竖井的水平间距一般为3m。

3.5 管材的选取

管路最大压力应小于管材的承压能力。管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和, 即:

其中P———管路最大压力, Pa;PO———建筑物所在的当地大气压, Pa;ρ——地下埋管中流体密度, kg/m3;g———当地重力加速度, m/s2;h———地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差, m;Ph———水泵扬程, Pa。

因此地埋管一般选取高强度聚乙烯PE管。

4 地源热泵主机性能对比分析——空调制冷、制热

说明:1.以上计算按照冬夏两季各运行3个月即90天计算, 用电费用按照民用用电0.8元/度计算, 辅助电加热时间按照30天计算;

2.地源热泵及风冷热泵中央空调暂载率取均取0.7;

地源热泵中央空调 篇5

关键词：地源热泵；顶棚辐射；水环热泵；经济效益

中图分类号：TK529 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0014-03

通常，土壤在超过地面之下3m时，温度全年比较稳定，通常徘徊在10℃～25℃之间。相对于空气源热泵，地源热泵制冷、制热系数要高约40%，达到3.5～4.4的水平，而其运行费用却不到普通中央空调的一半。相对于传统的水冷螺杆机组+燃气锅炉系统，地源热泵空调系统占用的建筑空间小得多，且更易维护，仅需定期清理空气过滤网及凝结水盘即可。另外，该系统环保效果也很理想，无污染，无噪声。总之，地源热泵空调系统由于其独特的优势，受到业内人士广泛的重视和采用。

1 工程概况

南郊农场地跨大兴、丰台、房山三区，地处城乡结合部，南郊农场办公楼总建筑面积13000m2，地上建筑面积9000m2，地下建筑面积4000m2，地上部分分主楼和附楼，主楼主要功能为办公，附楼主要为休息、接待场所。地下主要功能为设备用房及汽车库。建筑高度12.3m。

2 地源热泵空调系统设计

2.1 主要技术指标

本空调覆盖区域的主要技术指标设计如表1、表2所示：

2.2 空调系统选型及工作原理

主楼办公区的供冷及供暖采用的是垂直地埋管地源热泵空调+顶棚辐射系统，而附楼采用的复合型地源热泵空调系统为水环热泵+冷却塔+地埋管。工作原理分别参见图1、图2所示：

2.3 冷热源设备

通过负荷验算，主楼选用1台MWH180CB型土壤源热泵机组，其制冷量为626kW，制热量为494kW，其采取了顶棚辐射进行供冷和供暖的措施。夏季，冷水由地源提供，分为2路，一路通过板式换热器为楼板埋管供水，供回水温度为17℃～21℃；另一路用于屋顶的新风机组，夏季新风机组供回水温度为7℃～12℃。在冬季，热水通过地源获得，冬季楼板埋管空调供回水温度为25℃～29℃，而新风空调机组供回水温度为30℃～35℃。为达到空调夏季热平衡的目的，于夜间及负荷较低时段运行供楼板埋管系统将建筑预冷，并蓄冷于楼板，而于负荷高峰时段进行机械制冷时，楼板起辅助供冷作用。附楼的水环热泵+冷却塔+地埋管系统于夏季进行地埋管散热，辅以闭式冷却塔散热。水环路热泵（WLHP）空调系统的原理为在建筑物的内区需供冷同时外区需供热的情况下，将内区热量转移到外区，调整整个建筑内部的能量供求以达到一个平衡状态，这样可停运室外的冷热源，其经济效益十分可观，能量消耗也少。该主机采用分散式水环热泵机组，夏季冷却水供回水温度为30℃～35℃。

2.4 土壤换热系统

室外土壤换热采用的是垂直埋管系统。请地质专家勘查项目场地，且需测试土壤热物性。室外换热管长度和数量的选择需考虑到项目场地地质、水文情况和测井数据，并通过专业设计软件进行计算。充分考虑需求，一共装设90组垂直U型换热管埋深80m。

2.5 室内末端风、水系统

分别设置2组空调水系统和地埋管系统，分别独立应用于主附楼两个区域。附楼采用吊装式水环热泵空调机组+新风预处理机组。主楼采用顶棚辐射+置换式新风系统，于夏季为进行室内降温，将循环冷水注入辐射管网；于冬季为进行室内升温，将循环热水注入。室内潜热负荷由新风系统承担，新风机组由转轮式全热回收，送风由地板，排风由走道天花。顶棚辐射为楼板埋管，具体如图3所示：

3 地源热泵空调系统与传统水冷螺杆冷水机组+燃气锅炉系统的比较

当前，我国大中型建筑以“冷水机组+锅炉”作为中央空调冷热源形式占绝大多数，虽然该类系统具有高效率、高效果的优点，但运行耗能大。在此笔者结合该工程，从节能和经济方面比较分析地源热泵和“冷水机组+锅炉”两种冷热源的空调系统。

3.1 初投资比较

本项目中热泵空调系统初投资约220万元，其中地源热泵130万左右（包括室外地埋管、钻孔、土方等支出），卧式整体水环热泵75万左右，循环水泵约3万，冷却塔2万，其他10万左右。而采用传统的“冷水机组+锅炉”空调系统初投资约190万元，其中冷水机组80万左右，燃气热水锅炉90万左右，循环水泵约6万，冷却塔4万，其他10万元。

通过上述分析，相对于常规的空调系统，地源热泵空调系统的初投资更高，高出220-190=30万元。

3.2 运行费比较

设空调系统年供冷时间为1200h，年供热时间为960h，并设在负荷为100%、75%、50%和25%的情况下，系统供冷和供热时间分别占总时间的10%、30%、50%和10%，按照此假设进行冷热源设备年运行费用的计算和分析，参见表3所示：

通过表3得知，二者运行费差别为42-30=12万元/年，地源热泵系统的简单回收期约为30÷12=2.5年。该地源热泵机组设计使用年限为20年，而室外地埋管设计使用年限为70年，相对于传统空调系统，该地源热泵空调系统运行20年节省的费用为：12×20=240万元。

4 自动控制

4.1 主楼水泵控制方式

根据不同时候的负荷大小，该地源热泵空调系统设置压差旁通阀来调整地源热泵的数量。

4.2 附楼水泵控制方式

当系统处于空调季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将冷却塔开启并进行变频运转控制，在冷却水泵运行停止后，对地源热泵变频运转进行控制；当系统处于过渡季节，参考水环热泵负荷最不利环路的侧压差，首先将地源侧水泵开启并进行变频运转控制，在地源侧水泵运行停止后，对冷却塔水泵变频运转进行控制。

4.3 新风机组控制方式

当系统处于空调季节，将转轮式热交换器进行开启，并将排风中全热负荷进行回收；当系统处于过渡季节，将转轮式热交换器进行关闭，而将对应的新排风旁通风阀进行开启，另外，装设空气净化器于空调箱混合段后。

5 结语

相对于常规空调系统，地源热泵空调系统在节能和经济方面占据很大优势，本工程实例的分析计算结果显示，相比较传统的水冷冷水机组+燃气锅炉空调系统，地源热泵空调系统的初投资多出15.8%，而年运行费却节省约28.6%，仅2.5年左右就可简单回收。实际上，应用地源热泵时还需要考虑土壤和岩石特性对施工效果和初投资的影响，并且做好如土壤热物性参数、最佳匹配参数及动态特性的方面的研究，这些都是设计工程人员必须思考和总结的问题，对地源热泵应用的可行性的提高具有重要的意义。

参考文献

[1] 汪敏丽，张湘君.地源热泵空调技术的应用[J].工程建设与设计，2007，（5）.

[2] 陈北领，刘泽华，张信树，肖双江.地源热泵与传统冷热源空调系统的实例对比[J].节能，2007，

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[3] 李恺渊，王景刚.冷却塔辅助冷却地源热泵技术经济分析[J].建筑节能，2007，（1）.

[4] 何耀东，孟震.地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析[J].制冷技术，2009，（2）.

[5] 陈捷，王松.北京市某研发楼地源热泵空调系统设计[J].广西城镇建设，2008，（5）.

[6] 张信树，刘泽华，陈北领，李香梅.某写字楼地源热泵冬季供暖性能测试及节能分析[J].制冷空调与电力机械，2007，（3）.

地源热泵中央空调 篇6

关键词：地源热泵,中央空调,节能,环保

地源热泵已成功利用地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源和土壤源作为其冷、热源。地源热泵是一种利用浅层地热能源的高效节能系统, 既可供热又可制冷。将地源热泵应用到中央空调系统中, 在冬季, 可作为热泵供热的热源;在夏季, 可作为制冷的冷源, 为中央空调系统的应用提供了高效、节能的能源支持。

1 地源热泵的工作原理

随着科学技术的不断进步, 空调业也在快速发展, 中央空调系统的使用也越来越多。地源热泵是中央空调系统最重要的组成部分, 可以这么说, 地源热泵的存在才体现出了中央空调系统的优势。现阶段, 环保、节能、经济、安全可靠的中央空调系统被广泛使用, 本文从建筑业方面对其进行详细的分析。

地源热泵是利用地层水和土壤资源蓄热和蓄冷的特性, 地下常温土壤和地下水相对稳定的特性, 通过建筑物周围地下管道或地下水, 根据热泵的原理, 实现了低位热能向高位热能的转移, 从而完成建筑物的热交换。地源热泵采用双管路水系统将建筑物中的所用地源热泵机连接起来, 从而形成封闭环路的中央空调系统。该系统工作原理:在寒冷的冬季, 地源热泵通过埋在地下的管道收集地层的热能 (比如太阳能、常温土壤热能) , 并将收集到的热能通过环路带到中央空调系统管道中, 最后将这些热能在压缩机和热交换器作用下产生的暖气释放到室内;在炎热的夏季, 其工作原理正好与冬季相反——是将室内的热量吸收并通过系统转移到地源中释放, 在吸收热量的同时也实现了制冷的效果, 从而实现了建筑物使用空调制冷的目的。

2 地源热泵中央空调系统的应用特点

与传统的空调系统相比, 地源热泵中央空调系统存在着明显的优势。也正是因为具有这些优势, 中央空调系统才在建筑业中被广泛运用。以下就地源热泵中央空调系统在建筑业中的应用, 对其优势作了详细的介绍。

2.1 节能减排

节能减排是地源热泵中央空调系统的一大优势。地源热泵采用的能源是自然界中的天然能源, 摒弃了传统燃料燃烧能源的情况。同时, 地表浅层的太阳能是取之不尽用之不竭的, 完全可以给地源热泵提供所需的热能, 再加上地下层土壤四季恒温, 冬季温度高于外界空气温度, 夏季低于外界温度, 因此, 使用地源热泵中央空调系统既能节能又能节省运行费用。地源热泵作为一种新型的技术能源, 在其使用过程中进行了能量之间的交换, 并没有浪费资源, 同时还减少了二氧化碳的排放, 实现了节能减排的城市环境建设目标。

2.2 经济环保

地源热泵中央空调系统的能量来源是太阳能, 这种纯天然的热能省去了能源材料费, 带来不少经济效益。传统空调系统采用的是化石燃料热量, 不仅成本高, 而且燃料燃烧后产生的大量二氧化碳给空气造成严重污染。而地源热泵采用的太阳能不仅节省了成本, 而且它采用的能量交换技术既避免了资源流失, 又减少了二氧化碳的排放, 并且因地制宜在南方设置了冷却塔进行降温, 以此解决南方制冷大于制热产生的土壤热能积累问题。地热资源取之不尽、用之不竭, 浅层地表温度稳定, 提高了地源热泵空调系统的运行效率, 节省了运行成本。地源热泵中央空调系统稳定又经济的特点特别适合建筑业这种大规模工程的使用。

2.3 安全可靠

与传统空调系统相比, 地源热泵中央空调系统运行流程较为简单。地源热泵采用地热能能量交换技术代替传统空调系统中的加热和冷却系统, 这样也就省去了系统中不必要的机械部件, 从而降低了维护费用。同时, 地源热泵系统采用室内和地下安装, 这样延长了机械部件的使用寿命, 并采用电脑远程自动化控制, 减少了人工操作, 避免因人工错误操作带来的安全问题。

综上所述, 地源热泵中央空调系统节能减排、经济环保、安全可靠的优势完全符合建筑业的建设要求。地源热泵中央空调系统在建筑业中的运用, 给建筑业的发展带来了极大收益, 同时也是现代科技发展的需要。

3 地源热泵中央空调系统的安装

地源热泵中央空调的安装不同于传统的空调设备安装。地源热泵中央空调采用钻孔、U型管制备、灌注等工艺进行安装, 这种安装工艺是针对地源热泵的使用特点和现代技术制定出来的。

3.1 钻孔

使用钻机在地下垂直钻孔。地源热泵室外地埋管一般选用的都是垂直方式, 根据不同的地质特征选用不同的钻机技术, 土质较好的采用裸孔钻机, 比如岩层这种土质需要下套管。钻机施工完成后必须保持孔壁完整。

3.2 U型管的制备

按照设计要求尽可能将U型弯接头的熔接作业在室内完成, 以此保证熔接接头的牢靠性。在U型管中注入防冻液, 以此增加U型管的整体重量, 方便下管, 并可以作为传热介质。U型管的下放深度决定着热量的采取情况, 因此必须保证U型管的下放深度。U型管最常用的下放方式是人工下放, 人工可凭感觉判断U型管的下放是否符合要求, 另外, 人工下放方式可保证U型管完全进入孔内。

3.3 灌注

U型管与钻孔孔壁间不能存在间隙, 因此需要通过注浆将间隙填充, 这样才能更好地完成传热性能。同时要选用热阻抗较小的材料, 避免因填充材料影响系统的传热效果。

4 结束语

地源热泵中央空调系统因其节能减排、经济环保、安全可靠等优点被广泛推广和应用。随着建筑业的快速发展, 对建筑技术的要求也越来越高, 建筑系统的很多功能都需要用到地源热泵中央空调系统。因此, 无论是对机械设备的降温和增温, 还是人们日常生活的取暖和除热, 都与地源热泵中央空调系统息息相关。基于这一点, 建筑业对地源热泵中央空调系统的应用和安装也将加大力度, 以适应生活、环境的需要。

参考文献

[1]胡强.地源热泵中央空调控制系统的设计及其在智能家具中的应用[D].长沙:湖南师范大学, 2012.

[2]肖向阳.地源热泵中央空调节能控制系统研究[D].长沙:湖南师范大学, 2010.

[3]张鸿斌.浅谈地源热泵中央空调系统的特点及在西安铁路局的应用[J].西铁科技, 2007 (12) .

[4]熊自平.浅层地下水在地源热泵中央空调系统中的应用[J].工程建设与设计, 2004 (4) .

地源热泵中央空调 篇7

地热的利用在当今社会已经成为了能源研究以及开发利用的新课题, 地热能源的主要特点就是可再生且无污染, 而地源热泵式的中央空调在进行温度调节时又体现了其所具有的灵活舒适以及节能环保的特性。所谓的地源热泵实则就是通过在地下进行管道的埋设, 用以吸收土壤以及地下水中的能量。这种利用主要就是基于浅层土壤以及地下水的温度稳定, 且温度较高, 不会受到外界的环境影响, 因此冬季制热以及夏季制冷, 较之其他的热源热泵的能效上都要具有优势。这些的前提都需要管道的埋设即要有足够的地方进行冷热交换的装置安装, 或者是政府允许对地下水进行抽取, 若是允许就应当选择此种温度调控系统。

1 工作原理

地热泵实质上是通过对土壤蓄温作用进行的利用, 然后进行热交换的一种工程技术, 通过少量的电能, 将热泵原理进行发挥, 蓄热以及蓄冷能力的特征就决定了可以通过物理热力学对交换后的热能进行循环, 这就完成了对于土壤热量或者是地下水的利用, 供应建筑的温度调节就是通过地下水以及建筑四周的管道进行调节的。

此种空调系统在组成上主要是分为了三大部分, 首先, 是换热系统, 负责进行热交换;其次是水源热泵的机组系统, 负责进行对换热后的介质进行流转;最后则是室内的末端。而水源热泵的机组又主分为两种形式:首先是水水型, 其次则是水空气型。而三大部分之间就是通过了热介质用以进行热量的交换传递, 水源热泵顾名思义就是通过水作为介质进行和地能的热交换, 而对于其他两个部分来说, 介质可以是水也可以是空气。

工作原理是:对于地源热泵的制冷功能实质上就是一种气液转化循环, 热泵利用了机组压缩机对转换媒介做功, 以实现形态转换, 当然, 这些都是建立在地下的低温环境下的。现实室内的循环过程, 首先是空气热交换器对吸收了室内空气热量的冷媒进行冷凝处理, 冷媒流经水热交换器时在对循环汇总的冷媒进行冷凝, 后循环水路就会对冷媒中的热量进行吸收。之后循环水路继续流通, 至室外的地下, 通过换热系统将热量转移, 即和地下土壤或者是水进行热交换。而室内空调的工作原理就是在冷媒流通三大部分的时候不断的将热量转移到地下后通过空气热交换器即室内末端将交换后的空气送至房间内, 从而达到调节温度、制冷的目的。相比较普通的制冷空调, 地热能的空调只是进行了冷凝器中的冷媒和室内环境以及地下环境进行热交换, 因此能源耗费上可以节省一半以上。对于冬季供热, 则是通过地下的管道对地下热能进行吸取, 通过热媒进行循环, 通过热泵压缩机进行压缩循环, 以此为用户提供热能满足室内的温度热量需求。而且根据交换形式的区别地源热泵在系统上可以分成三种, 首先是地下水的地源热泵其次是地表水的地源热泵, 最后是地埋管的地源热泵。

2 优点

2.1 地能, 指的是土壤、地下水以及河流湖泊能够吸收和存储太阳能以及地热能后所具有的一种低温位的热能。

地热可以说是一种无限可再生的能源, 因为深度小于四百米的浅层地表实在可以看做是一个太阳能的吸收集热装置, 其对太阳能的吸收达到了47%相当于人类每年消耗的能量的五百余倍, 并且只要是存在地表的地方就可以收集, 不受到地域限制以及资源限制, 是一种真正的可再生清洁能源。可以说其储量是无限的, 因此地源热泵技术是现代社会的需求的真正的满足技术。其利用了浅层地表作为温度源, 将其能量应用于室内温度的调控中。

2.2 地源热泵属经济有效的低碳节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%, 据美国环保署EPA估计, 设计安装良好的地源热泵, 平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。

2.3 地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放, 与空气源热泵相比, 相当于减少40%以上, 与电供暖相比, 相当于减少70%以上, 如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂, 但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统, 即该装置能在工厂车间内事先整装密封好, 因此, 制冷剂泄漏机率大为减少。据测算, 若安装地源热泵40万台, 和采用“化石能源”比, 相当于降低温室气体排放100万吨, 和50万辆汽车的污染排放物。同时, 热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器, 可以自主调节温度。

3 地源热泵室外地埋管系统安装

地源热泵室外地埋管一般选用垂直埋管方式, 也叫直埋式。直埋式地源热泵施工时所需场地小, 节省建筑空间, 是一种经济、对环境无害的绿色能源利用方式。它运行时无噪声, 可靠、持久, 供热/制冷效果好, 舒适感好, 是一种值得推广的能源利用新技术。安装过程如下:

3.1 钻孔

直埋式地源热泵需要用钻机进行施工, 要求钻机的钻进深度达到150~200m, 钻头的直径根据需要在100~150mm之间。成孔时, 要求最后上返泥浆的密度1108g/cm3左右, 且泥浆中基本不含砂粒。

3.2 灌注

注浆是为了填充U型管与钻孔孔壁间的间隙, 使其具有更好的传热性能。填充材料的选择决定了传热率的大小, 选择一种热阻抗比较小的材料, 是提高整个系统效率的有效途径。美国、加拿大、日本等国的观点认为, 最好是把钻孔所取出的岩土体进行回填, 但是这在工程上实现起来比较困难, 所以一般选用特殊物质制成的专门的灌注材料。注浆时, 必须保证注浆的连续性, 否则会降低传热效果, 影响工程质量。

4 结束语

在我国, 从90年代起, 就兴起了地热直接利用的高潮, 尤其在高纬度寒冷的三北 (东北、华北、西北) 地区, 加大了以地热供暖为主的开发力度。这项工作的开展不仅减少了大量有害物质的排放, 而且还能取得明显的经济效益。除此之外, 目前北京、天津、西安等地正在利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。东南沿海地区在发展旅游业的同时利用地热进行制冷和烘干。需要特别加以指出的是随着热泵技术的发展和采用, 中低温热水在全国正以强劲势头向规模化、产业化方向健康发展。

如今能源成为经济发展的“指南针”。国际能源专家普遍认为, 新能源和可再生能源是21世纪将得到快速发展的能源。我国地热资源丰富, 应该抓住这一良遇, 加速地热的开发, 为我国可持续发展及环境保护做出积极贡献。

摘要：现代社会面对越来越严峻的能源危机, 人们开始意识到仅仅靠现有的能源已经不能满足可持续发展的社会需求了, 因此人们开始对新的能源进行研究以及开发利用, 地热就是近年来开发的新的能源, 而地源热泵式的中央空调就是利用了这种浅层地热进行冷热供应的可再生无污染技术的温度调控系统。文章就此种系统从其原理、技术以及优势和产生背景等方面做了充分的研究以及分析, 阐述其所具有的节能低碳、环保安全的优势, 以对此类环保型空调进行应用的推广。

关键词：中央空调,地热,能源,节能,环保

参考文献

[1]李丽华.地热采暖与传统采暖的优劣分析[J].现代物业, 2007, (15) .[1]李丽华.地热采暖与传统采暖的优劣分析[J].现代物业, 2007, (15) .

[2]杨少海, 苗青.浅谈地热采暖[J].山西建筑, 2009, (25) .[2]杨少海, 苗青.浅谈地热采暖[J].山西建筑, 2009, (25) .

地源热泵空调控制系统研究 篇8

关键词：地源热泵,节能,控制

能源问题是人类面临的重大挑战之一, 如何高效地利用地能资源是解决能源问题的有效方法。目前国内外利用地能的一种重要形式就是地源热泵系统。山东丝绸纺织职业学院积极响应国家“节能减排”的号召, 地源热泵系统在2010年11月正式投入运行, 能过完全满足日常工作、生活需要。将低温热源的热能转移到高温热源的装置就是热泵。按热泵驱动功的形式分吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、机械压缩式热泵。其中, 最常见的是机械压缩式热泵。而根据机械压缩式热泵所吸收的可再生低位热源的种类, 又可将热泵分为:空气源热泵、水源热泵和地源热泵等。

1 地源热泵介绍

地源热泵技术, 它是利用浅层常温土壤中的能量作为能源, 具有高效节能、无污染、运行成本低等优点, 不仅可以采暖还可以制, 并且还可提供卫生热水。实际上是利用地下土壤常年温度相对稳定的特性, 是一种通过埋入建筑物周围的地耦管与建筑物内部完成热交换的装置。冬季时, 将大地中的热能提高以便对建筑物供暖, 将建筑物内的冷量储存至地下, 以备夏季制冷使用;而在夏季, 则是通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对其降温, 并储存热量, 以备冬季制热使用。地源热泵技术被称为21世纪的“绿色空调技术”, 是目前中央空调方案中的最佳选择。

2 地源热泵空调系统简介

地源热泵中央空调系统由三部分组成:能量采集系统, 能量提升系统, 能量释放系统。能量采集系统是采集大地土壤所蕴藏着的丰富低温热能。能量提升系统是将采集来的能量经提升交换, 进而传送至空调空间, 便于以实现能量的释放。能量释放系统则是地源热泵中央空调系统在建筑物内的空气调节部分, 简称空调, 就是调节空气的湿度、温度、清洁度, 将其控制在合适的范围内, 保证室内的空气质量, 使人感到舒适。

3 地源热泵空调控制系统

地源热泵的空调系统是按最大负荷设计的, 同时还会乘以一个系数, 设备的选择都是按最不利的工况来进行选型设计, 因此留有相当的余量。机组的自动化控制主要是解决空调系统的能源有效利用和节能。地源热泵系统运行则是采用柔性变容量技术调节机组运行负载, 因此, 节能效果比较显著。

自动控制系统具有定时开关机, 远程监控, 手动、自动切换工作状态, 故障自动判断、处理、报警、内存记录, 与附属设备联动, 能量控制, 运行管理, 负荷匹配, 运行限制, 全中文信息, 触摸屏显示等功能。自控控制系统原理如图1所示。

当系统运行时, 开关S给出信号, 首先工作的是空调侧和地缘侧循环泵, 在感应系统接收到工作信号后, 紧接着命令传感器组检测水温、室温等信号, 同时将检测结果反馈给单片机, 根据结果, 单片机决定压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等的工作。

地源热泵空调控制系统分为三大部分:循环泵组部分, 感应系统, 运行部分。其中, 循环泵组部分, 采用的是继电器控制系统。

继电器、接触器、按钮、开关、行程开关等低压电器组成了继电器控制系统, 通过电气触点的闭合和分断控制电路的接通和断开, 进而实现对电动机拖动系统的起动、停止、调速、制动、自动循环与保护等的自动控制。它具备控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握、工作可靠、易维护等优点。同时, 也具有接线复杂、易出故障、可靠性差、维修费用高、体积较大、控制速度慢等的缺点。

对于可编程控制器控制系统, 则具有可靠性高、编程简单、通用性好、功能强大、体积小、功耗低、设计施工周期短等优点, 因此, 对于此循环侧泵组采用PLC控制进行改造。

4 改造原则

不管是哪种控制系统都是为了实现生产过程或生产设备的工艺要求, 提高产品质量和生产效率。在设计PLC控制系统时, 应遵循以下基本原则:

1) 最大限度地满足被控对象的控制要求;2) 确保PLC控制系统安全可靠;3) 力求简单、经济、使用及维修方便;4) 适应发展的需求;5) 考虑到生产的发展和工艺的改进, 在选择PLC容量时, 应适当留有容量。

继电器控制系统移植成PLC梯形图应遵循的规则是:时间触点的等效规则、输入触点的常态规则、输出电路的安全规则、形式一致规则、梯级可执行规则、逻辑等价性规则。

继电器控制系统在转化成PLC控制时应满足的条件是:

1) 输入元器件与输出元器件要求一致;2) 梯形图中各元器件的控制顺序时应根据继电接触器电路的的控制过程来编排, 并且要符合控制逻辑;3) 每个输出继电器在继电器控制电路和梯形图中都应是用其常开触点自锁的;4) 梯形图的回路和继电器控制电路间都是用其常闭触点进行互锁的;5) 在发生状态变化的控制时, 继电器控制电路中往往采用中间继电器, 而对于梯形图则是采用状态继电器对受控元件加以监控;6) 继电器的触点在继电气控制电路中只能使用一次。对于梯形图中的同一个触点则可以使用多次;7) 在继电器控制电路中, 触点和线圈是同一个组合体, 一旦给继电器、接触器通电, 线圈和触点几乎同时动作。对于梯形图, 则只存在控制上的逻辑关系。当线圈作为输出元件或是控制的中间条件线圈, 只限于使用一次。

5 结论

作为一种环保节能的空调方式, 地源热泵是一项跨专业的综合能源利用技术, 需要通过相关专业技术人员的通力协作来完成的。近几年来, 地源热泵空调系统在国外很多国家都取得了较快的发展, 在中国, 地源热泵市场也日趋繁荣, 可以预测, 该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

参考文献

[1]郑贵兵.地源热泵空调计算机自动控制系统设计研究[D].广西大学, 2007.

[2]涂峰华, 赵军, 朱强.地源热泵的工程应用及环保性分析[J].节能技术, 2001 (3) :33-35.

地源热泵空调系统技术探析 篇9

暖通空调在为人们营造舒适环境的同时, 也带来了许多问题, 首先是能耗问题, 其次是废气排放、温室效应和酸雨等问题。因此说开发节能、环保型可持续发展的暖通空调技术已非常迫切。清洁无污染的地热则是一种可利用的、适宜的新能源之一。源于灼热的地球内部的地热能通过向上传递导致地热异常的发生, 再通过热储本身的热力和围岩元素置换作用等, 便形成了良好的地热资源。

1 地源热泵空调的发展情况

我国对地源热泵空调的研究, 早在20世纪80年代就已经开始在不断发展, 近年来, 地源热泵行业呈现出良好的发展趋势。人们对环保、节能意识的增强和生活质量、建筑环境的提高, 逐步地加深了对地能资源的供热制冷热泵系统的重视程度, 就是因为, 地源热泵空调不仅可以有效地避免资源遭到破坏和减少对环境的污染, 还能利用可再生资源和节约常规能源。我国有较高水平的热泵应用和科研基础作后盾, 地源热泵空调系统有可预见性的广泛发展市场。这项技术的广泛应用将带动建筑环境采暖的改革和其他相关产业的发展, 是一个极具挑战性和发展前景广阔的难得机遇。

2 地源热泵空调系统的构造以及原理分析

2.1 地源热泵空调系统的构造

能够划分地源热泵空调系统构造为地下换热、制冷热泵, 以及冷热输送分布这几个组成部分。地下换热设备的作用为:一是冬季由水和土壤当中对热能进行吸收;二是夏季向水和土壤当中释放热量。它就是埋在地下或水中的换热器组织。制冷热泵的功能:一是, 冬季对热泵的方式运转, 提升水和土壤当中的热量, 再通过泵向要求供暖的房间输送;二是, 夏季对制冷的方式运转, 把房间热量向地下的水和土壤当中顺利排入。其重点的构成部分为:压缩机、冷凝器、节流阀、循环系统, 以及蒸发器。冷热输送的功能:向需要空调的房间输送由制冷热泵设备制取的冷、热能量, 达到房间气流的组织合理化, 提供符合人体舒适的空气、温度等质量的要求。它的构成装置是:风道或载热载冷剂管道、室内风机盘管及末端装置等。

2.2 地源热泵空调系统的原理

目前我国市场的制冷热泵装置就工作原理分类, 大体上能够划分成为两种, 也就是蒸汽压缩式和吸收式制冷热泵设备。吸收式制冷热泵设备的驱动借助电动机或者是燃气发动机, 进而对电能或者是天然气进行消耗。蒸汽压缩式制冷热泵装置是由高品位的热能驱动, 消耗的燃料是蒸汽、油、天然气, 以及热水等。

其中, 电动蒸汽压缩式制冷和热泵装置的应用比较普遍。地表水、地下水或者是土壤等是地源介质, 制冷的工作过程是:低压以及低温的工质饱和蒸汽由蒸发器到达压缩机, 被压缩成为高温以及高压的过热蒸汽, 然后到达冷凝器, 在冷凝器当中, 大概10℃的地源介质冷却其为高温以及高压的饱和液体, 然后向节流阀进行流通, 再转变成为低温以及低压的湿蒸汽, 之后到达蒸发器, 而在蒸发器当中, 工质出现蒸发相变制冷的情况, 冷去载冷剂冷之为相应的温度, 之后工质向低温以及低压的饱和蒸汽转变, 最后的时候, 到达压缩机进行下个循环。制热的过程是由节流阀出来的低压低温工质气液到达蒸发器, 对地源介质的热量进行有效地吸收, 然后蒸发的工质液体转变成为饱和蒸汽, 之后再到达压缩机, 被压缩成为高温以及高压的过热蒸汽, 然后再到达冷凝器, 这样冷凝器当中的工质将热量向载热剂传递, 而工质向中温以及高压饱和液转变, 在经过节流阀之后向低温以及低压的工质气液混合物转变, 最后的时候, 再进入下个的循环。

3 地源热泵空调系统技术

3.1 要求较高的设计以及安装技术

地源热泵空调系统无论对于安装, 还是设计都有较高的要求, 即便其机组的性能系数、能效比都较高, 若不要求高标准水平, 就会影响节能效果及其优越性。

3.2 分区域控制化, 便于管理

地源热泵的机组是整体的, 也是独立的, 各个机组可以同时制冷、制热, 也可以独立运行, 如此一来, 不仅减少了对能源的浪费, 也将地源热泵空调的节能、舒适性最大化。

3.3 稳定可靠的运行可以延长使用寿命

地下土壤以及水体的温度在一年四季里都比较稳定, 使得地源热泵机组的运行也较为稳定, 不仅提高了其工作效率, 而且使空调的应用年限延长。结合有关的信息资料证实, 一些地下埋管能够实现50年以上的应用年限, 而且热泵机组也能够实现至少20年的应用年限。

3.4 地源热泵空调系统的高效节能性

针对地源热泵空调和常规空调的运行费用进行对比估算, 得出结论是——前者比后者可以平均节约40%-50%的运行费用。两者之间为何存在如此之大的差距呢?那是因为, 冬季地下土壤、水体温度比环境温度高, 而夏季恰恰相反, 水体以及地下土壤的温度明显低于环境的温度, 可以确保地源热泵机组一直处于较为稳定的现状下, 大大提升其性能系数和运行能效比。

3.5 地源热泵空调系统的环保性

地源热泵空调系统技术之所以能够实现环保, 它的依据主要体现在以下几个方面上:首先, 地源热泵的利用资源是太阳能, 一种在地表中可再生、洁净的新能源。使用这种能源的优势, 一是, 不会因制热时燃烧燃料造成污染物的大量产生对环境造成污染;二是, 不必利用冷却塔进行制冷, 即不用担心使用冷却塔造成的噪声污染, 也不用担心污染地下土质和消耗水资源, 并且还可以对建筑物的外观有明显的改善。

4 结论

总之, 地源热泵空调系统在我国是一项新型的技术, 需要相关专业技术人员的共同合作, 做好勘测、设计、施工、调试等各方各面的具体工作, 才能使系统达到节能、环保和有效的利用, 以使地源热泵这项利国利民的可再生能源利用技术得到健康有序的发展。

参考文献

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[2]杨卫波, 施明恒, 董华.太阳能-土壤源热泵系统联合供暖运行模式的探讨[J].暖通空调, 2005 (08) .

[3]雷海燕译.日本应用地源热泵的可行性研究[J].地热能, 2003 (01) .

浅谈水源热泵空调系统的设计方法 篇10

我们当前生活的地球正面临着严重的生态危机，能源紧缺成为制约生活和社会发展的严重问题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，国内已有多家水源热泵的专业生产厂，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵技术可利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太阳能和地热能而形成地低温低位热能资源，并采用热泵原理，即通过少量的高位热能的输入，把不能直接利用的低位热能转化为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能的目的。

2.水源热泵的特点

水源热泵基本上克服了空气源热泵的上述缺点，并且具有如下的特点：

2.1 属于可再生能源利用技术：水源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。这使得利用储存于其中地近乎无限地太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源地一种技术。

2.2 便于计量和收费：空调用电负荷在用户位置，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。

2.3 运行安全可靠：水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统，特别是春秋空调过渡季节均能运行，也就相当于四管制空调系统。一般，水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

2.4 高效节能：水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为12－22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18－35℃，水体温度比环境温度低，所以制冷的冷凝温度降低，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好地水源热泵，利用江河湖水等，供热制冷空调的运行费用可30－40％。

2.5 灵活应用：有的建筑物内，特别在过渡季节，部分区域需要供冷，部分区域需要供热，水源热泵可以同时供冷和供热，可以实现建筑内冷热量的转移和平衡，从而系统少用能源。

2.6 节约投资：水源热泵系统不需设冷冻机房，不设大的通风管道，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统，安装和投资费用大大减少。

3.水源热泵系统管路设计的特点

水源热泵的管路设计相对于空气源热泵来说，具有明显的特点，主要体现在以下几点：

3.1水管不需要保温：空气源热泵机组夏季输送的是冷冻水，冬季输送的是热水，因此，管路系统必须保温，而水源热泵的空调系统，夏季管内冷却水供回水设计温度30℃～35℃，冬季供热水温度仅为16℃～21℃，因此，水管路系统可以不保温，管路系统的初投资与维护费用降低。

3.2 开、闭式两种形式的转换：水源热泵系统通常由开式（夏季）和闭式（冬季）一套管路两种形式，季节转换，即开、闭式系统形式的转换。

1） 夏季利用开式的原因，开式冷却塔远比闭式冷却塔便宜，如采用板式换热器，则多了一套水循环系统。另外，往板式换热器的冷却水往往达不到热泵机组进、出水设计温度的要求。但是闭式冷却塔可以保证水质不受污染，所以采用开式冷却塔时要注意水的除垢问题。2） 季节转换，可通过管路系统中合理设置的阀门进行切换。

3.3 重力作用的影响：闭式系统的水力计算中，与各用户所在的标高关系不太大；而开式系统中与用户的标高关系密切，即必须考虑高差产生的重力作用，这个作用压力，对标高低的用户有利，而对标高高的用户不利。为解决重力作用产生的上下用户的水力不平衡的问题，设计时，应将每一层作为一个独立的水系统分支，每层支管上应设一个平衡阀（或流量调节阀）。

3.4 管径的确定：水系统管路各管段管径的确定，在水力计算中，应按夏季工况考虑，（指长江流域等冬冷夏热地区）因为夏季的水流量远大于冬季工况。应计算出合理的管径，这样即可以避免管材的浪费，又可以使初投资降低，节约资金。

3.5 同程式系统：设计时，水环路尽可能地采用同程式系统，这样初投资费用虽然有所增加，但有利于保持环路的阻力平衡，这样空调系统运行效果更加良好。

3.6 必要的接管组合：水源热泵需要一些特殊的接管组合，以保证机组的正常工作。常见的有手动控制流量球阀接管组合，手动文丘里平衡阀组合和自动流量接管组合 。其中手动文丘里平衡阀组合是在手动球阀组合的基础上增加了一个用来测流量的文丘里接头；自动流量接管组合增加了自动流量控制阀，从而可以自动调節，以保证流量。

4.水源热泵机组设计中应注意的其他问题

4.1 噪声控制问题：由于机组的噪声源除风机之外，还有制冷压缩机的噪声，所以噪声一般很大。此外，不适当的送、回风管路设计也会产生噪声问题。分体式机组就是把机组分为内机和外机两部分。内、外机有工质管道连接；内机由风机和蒸发器（夏季工况）组成，外机由压缩机和冷凝器（夏季工况）组成。

选用分体式机组时，内机置于空调房间内，外机置于空调房间外的走道、过道等位置的吊顶内，这样空调房间的噪声可以大大下降。采用整体式时，应把机组吊装在卫生间或厨房内。

水源热泵的噪声问题是一个重要的问题，在设计和安装过程中一定要加以认真考虑并按要求施工。

4.2 机组的安装问题：水源热泵的安装也是较重要的问题之一，很多水源热泵系统产生问题都是和不当安装相关的。水源热泵机组在许多情况下是采用吊装的形式。与常规的空调机组相比，在相同的冷热负荷条件下，整体式水源热泵机组的外形尺寸大，尤其是机组的高度较高，安装在吊顶内的机组，必须考虑此因素。此外机组的重量较重，整体式机组的重心也不一样，这就要求吊装时，必须注意机组的重心，使各吊架受力较均匀，且必须采用弹簧吊架。

5.结论

水源热泵空调系统的能源利用率要比空气源热泵空调系统高。如果采用地下水、江河湖水等能量，其效率可以进一步提高。同时，水源热泵水管路系统的设计应兼顾开式及闭式两种情况及其互相之间的转换，还必须考虑开式及闭式系统的水力平衡问题。最后，必须加快符合中国国情及适应中国气候条件的 水源热泵产品的研制开发，这已成为一种实用、可靠、节能、经济的空调系统形式。

（作者简介：辽宁天维纺织研究建筑设计集团有限公司）

地源热泵供暖空调的经济性探讨 篇11

随着社会经济的快速发展, 人们对生活环境的要求也越来越高, 暖通空调的使用越来越频繁。据统计, 在发达国家的商业建筑中, 中央空调系统的能耗约占建筑总能耗的50%以上, 有些地区甚至达到70%, 给能源和电力造成很大的压力。地源热泵是一种不需要人工的冷热源, 它可以直接取代锅炉或是市政管网等传统的供暖方式与中央空调系统。在冬季, 它能够代替锅炉从土壤、地下水或是地表水中汲取热量, 为建筑物提供暖气;在夏季, 它能够代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热以达到为建筑物制冷。于此同时, 它还能够供应生活所需用水, 这是可以充分利用能源的一种方式。

2 地源热泵系统的特点

由于地源热泵系统是利用了地球表面的浅层地热资源 (深度一般小于40m) 来作为整个空调机组的运行所需的资源, 所以它具备了以下的几个优点:

2.1 利用的是可再生资源

地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收地热能、太阳能而储藏的低温位热能就是地能。地表浅层可以看作是一个巨大的太阳能集热器, 能够收集太阳散发的到地球上大约47%的能量, 比人类每年能利用的能量50倍还要多, 它完全不受地域、资源等的限制, 真正是数量大范围广。

2.2 高效节能, 运行可靠稳定

地表浅层地热资源或地能的温度在一年四季都是相对稳定的, 夏季的温度比环境空气的温度低, 而冬季的温度比环境空气的温度高, 是一种很好的热泵冷热源, 这种特有的温度性质就让地源热泵比传统空调系统的运行效率要高上40%, 所以运行的费用也能节约40%左右。另外, 低能温度具有的较恒定特性, 让热泵机组的运行更为的稳定、可靠, 也保障了整个系统的经济性与高效性。

根据美国环保署的估计, 地源热泵只要设计、安装都良好的话, 每家每户的供热制冷空调平均可以节约30~40%运行所需要的费用。下图为传统方案与地源热泵系统的费用对比。

2.3 环境效益显著

与空气源热泵相比, 地源热泵的污染物排放, 减少率能达到40%以上, 而它与电供暖相比, 能够减少70%以上, 如果在结合了其他的节能措施, 这种节能减排量会更加的显著。该装置在运行的过程中不会产生任何的污染, 可以在居民区内建造, 没有燃烧, 也没有排烟;并且它不需要远距离的输送热量, 这样就极大的改善了其它空调方式的二氧化碳的排放。

2.4 舒适程度较高

因为地源热泵系统不管是供冷, 还是供热都比较的平稳, 这就降低了停机与开机的频率以及空气过热或者过冷的峰值。这种系统更容易在供热以及供冷负荷的分区适应。

2.5 一机多用, 应用的范围广

地源热泵系统不仅可以供暖、制冷, 还能够供应生活所需的热水, 可以做到一机多用, 节省资源;可应用于在各种建筑之中。

2.6 自动运行

由于地源热泵工作机组的工况稳定, 所以设计的系统也简单易懂, 部件较少, 机组的运行不仅简单还非常可靠, 维护的费用也较低;可以进行自动控制操作, 不需要专门进行看守;除此之外, 机组使用寿命长, 均在20年以上。

3 传统的供暖空调和地源热泵供暖空调的对比分析

一个完整的供暖空调系统包括三个部分:冷热源、室外管网和室内终端设备。供暖空调计算的经济参数有:初投资、年总成本、现金流量表以及其他相关参数。

(1) 初投资比较, 地源热泵的投资要高于一般锅炉的, 但是由于地源热泵供暖空调可以一机两用, 因此地源热泵系统的初投资要低于锅炉加单冷空调两套系统的总投资。

(2) 供暖成本比较, 煤锅炉的供暖成本是最低的, 其次是地源热泵、天然气锅炉、油锅炉最高。以地源热泵为基准比较各方案供暖成本, 煤锅炉比地源热泵低32%左右, 但天然气锅炉要高68%, 油锅炉高95%。

(3) 空调成本比较, 地源热泵与单冷空调的运行成本差不多。表1为传统方案与地源热泵系统的费用对比。

4 地源热泵的发展

地源热泵在近十几年, 尤其是近五年得到了迅猛的发展。比如美国到目前为止地源热泵已安装40万台, 并计划每年达到安装40万台的目标, 届时将降低温室气体排放一百万吨, 年节约能源费用可达到4.2亿美元。我国的清华大学、天津大学开展了地源热泵的最早研究和应用推广工作, 已开发出了中国品牌的地源热泵, 也有相当多的制冷空调厂推出了自己的地源热泵。我国越来越多的人开始熟悉地源热泵, 并且对其应用产生了浓厚的兴趣。

5 地源热泵供暖空调的经济性分析

地源热泵系统对建筑物可实现供热与制冷, 还能够提供生活所需的热水, 一机多用, 一套系统可以代替原来的两套装置或系统。紧凑的系统, 不仅节省了建筑的空间, 也提升了建筑的美观程度。综上所述, 地源热泵系统它另一个显著的特点就是极大的提高了一次能源的利用率, 所以它具备了节能高效的优点。相比较传统空调系统来说, 地源热泵运行效率要高于它约40~60%。另外, 地源的温度具有比较恒定的特性, 这就让热泵机组的运行更为的可靠与稳定, 维护整个系统的费用也较传统的系统大大的减少了, 从而保障了系统的高效性以及经济性。

地源热泵供暖空调的经济性受到多种因素的影响。不同的地区, 不同的地质条件, 不同的能源结构以及价格等都会直接的影响其经济性。地下埋管初期的投资会比较的高, 但依据国外的经验来看, 因为地源热泵具有运行费用较低的这一特点, 较高的初期投资在3~7年之内就可以收回, 从整个服务周期来看, 地源热泵系统所消耗的平均费用都是低于传统的空调系统的。

6 影响地源热泵发展的因素

对地源热泵发展的核心技术问题的研究以及认识的局限性是影响地源热泵广泛应用的一个主要原因。依照国际最新研究的方向来看, 其核心的技术问题是地源热泵系统仿真、地埋式换热器的传热强化以及对最佳匹配参数的研究。另一个影响其发展的原因是地源热泵自身所存在的缺陷:土壤的性质对地埋换热器的影响较大;连续运作时, 土壤温度的变化会直接影响到热泵的冷凝温度或是蒸发的温度, 使其发生波动;当土壤的导热系数较小时, 地埋换热器的面积就会变大等等。

对地源热泵的研究还存在下面几个需要去解决的问题:关于埋地盘管的数学模型的研究不够, 以及缺少对土壤热场的特点的理论研究, 这两方面都还是处于一个试验的阶段, 由于这些都涉及了钻探的工程, 这样就容易使得施工的难度加大, 系统投资也会随之增大。

我国在地源热泵这方面现成的、相关的技术资料并不多, 而且也缺少设计、生产、安装以及后期维护的人员, 并且没有很多厂家去生产相关的设备, 这也是影响地源热泵在我国推广发展的主要因素之一。

7 总结

开源节流, 为了更好的实现我国经济能够又好又快、可持续性发展的目标, 必须要去开发以及利用各种可再生的新能源。我国幅员辽阔, 蕴藏着大量的地表浅层的地能资源, 采用不同的形式、因地制宜的利用好地源热泵的技术能够有效的提高低温地热资源的利用率, 同时也能够去克服传统热泵空调技术所存在的局限性与不足, 这是非常有意义和现实价值的, 并且在防治环境污染、节约能源以及城市现代化方面的建设有着重要的意义。

摘要：随着经济的发展和人们生活水平的提高, 公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。地源热泵指的就是利用地表浅层土壤能量 (地下水、土壤或地表水) 作为夏季冷源与冬季热源供暖进行空调的一种系统。本文主要阐述了地源热泵系统的特点与运行的方式, 对地源热泵供暖空调的经济性进行了探讨。

关键词：地源热泵,供暖空调,经济性

参考文献

[1]周亚素, 张旭, 陈霈霖.土壤源热泵系统的研究现状与发展前景.新能源, 2012 (4) .

[2]李新国.低温地热运用热泵供热的技术经济性.太阳能学报, 2013 (4) .