地源热泵空调技术（共12篇）
地源热泵空调技术 篇1
一、热泵与建筑空调
(一)热泵空调系统的原理及主要特点
1. 热泵原理
热泵(制冷机)是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。热泵与制冷机的工作原理和过程是完全相同的,从热力学的观点看都是热机工作过程的反循环。热泵与制冷机在名称上的差别只是反映了在应用的目的上的不同:如果以得到高温的热量为主要目的,则一般称为热泵,反之则称为制冷机。
2. 主要特点
建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。燃煤锅炉是最主要的大气污染源,中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染,但排放的温室效应气体(CO2)仍造成环境问题,而且运行费用很高。建筑空调系统由于必须有冷源(制冷机),如果让它在冬季以热泵的模式运行,则可以省去锅炉和锅炉房,不但节省了很大的初投资,而且全年仅采用电力这种清洁能源,彻底解决了大气污染的问题。此外,采用热泵空调系统还可以兼顾生活热水供应,特别在制冷(空调)工况下可利用制冷的废热加热热水,不需额外消耗能量。由此可见节能、环保、节省初投资是热泵空调系统的主要优点。
(二)空调热泵的分类及其优缺点
以建筑物的空调(包括供热和制冷)为目的的热泵系统,其一个热源就是建筑物内部的环境,就其另一个热源的性质来分,可分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵等几大类。在冬季供热工况下,室外空气、水或大地中的低品位热量通过热泵作功而提高温度以对建筑物供热。
1. 空气源热泵
空气源热泵利用室外的空气作为低温热源,系统最为简单,因而初投资最省,现有的家用冷暖空调器就是这样的空气源热泵。空气源热泵的缺点是室外空气温度越低时供热量越小,特别是当空气温度低于-5℃时热泵就难以正常工作,需要用电或其他辅助热源对空气进行加热,热泵的效率大大降低。此外,空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,也损失相当大一部分能量。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方可以利用这些自然水体作为热泵的低温热源,可以大大提高换热的效率,是值得考虑的一种空调热泵的型式。当然这种方法受到自然条件的限制。
2. 水源热泵
近年来山东省等地开发了“水源热泵”空调技术,也称“地温热泵”,它抽取地下水在热泵中放出热量后再回灌到地下水层。在热量的来源上它可归属于开式的地源热泵;在热泵的技术特点上它应属于水源热泵。推广这种技术有明显的节能和保护大气环境的效益,对宣传和推动热泵技术在空调中的应用也起到了积极的作用。但是,这种“水源热泵”技术也存在明显的先天缺陷,必将妨碍它的实际推广应用。首先,这种抽取地下水的办法需要有丰富的地下水为先决条件,如果地下水位较低,水泵的耗电将大大降低系统的效率。此外,虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,造成地下水资源的流失。即使能够把抽取的地下水全部回灌,怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源,任何对水资源的浪费或污染都是绝对不允许的。因此,对大面积推广这种技术应采取慎重的态度。
3. 地源热泵
另一种热泵利用大地(土壤、地层等)作为热源,可以称之为“地源热泵”。简要地说,地源热泵空调系统主要优点是:环保节能,可持续发展;一机多用,节省建筑空间,无需冷却塔和室外风冷部分,对建筑外观影响小;运行费用低,投资回报快;全年运行,均衡用电负荷。据测算,在济南地区的住宅每平方米建筑面积在一个采暖季节的供热费用在1 0元以下,约为采用电锅炉时的费用的1/3。夏季空调的电耗也大大减少。
现在在国外得到较为广泛应用的地源热泵系统采用介质流经埋在地下的管子与大地(土壤、地层、地下水)进行换热的模式。地源热泵(GroundSource Heat Pump)的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中,在20世纪50年代就已在一些北欧国家的供热中得到实际应用。由于石油危机的影响,地源热泵在70年代得到较大的发展,但此时主要采用水平埋管的方式。水平埋管占地面积大,而且,水平埋管的地热换热器受地表气候变化的影响,效率较低。因此这种水平埋管的地源热泵空调系统不适合中国人多地少的国情。虽然它在技术上与垂直埋管的系统基本相同,而且设置较为简单,但在通常情况下可不作为研究和推广的重点。自80年代以来,在北美也形成了利用地源热泵对建筑进行冷热联供的研究和工程实践的新一轮高潮,技术逐渐趋于成熟。这一阶段的地源热泵主要采用垂直埋管的换热器,埋管的深度通常达60～200米,因此占地面积大大减小,应用范围也从单独民居的空调向较大型的公共建筑扩展。国外在开发垂直埋管换热器时对保护地下水资源不受污染给予了高度的重视。在打井、下管以后,再用水泥、膨润土等材料把井筒密封,杜绝了地面污染物进入地下水层或各地下水层之间互相贯通的可能性。垂直埋管有U型管和套管两种型式。
二、地源热泵空调系统组成及主要型式
(一)系统组成
地源热泵空调系统一般由三个必需的环路组成,必要时可增加第四个预热生活热水环路。如图1所示。
1. 地热换热器环路
由高强度塑料管组成的在地下循环的封闭环路,循环介质为水或防冻液。冬季从周围土壤(地层)吸收热量,夏季向土壤(地层)释放热量,其循环有一台低功率的循环泵来实现。
2. 制冷剂环路
即在热泵机组内部的制冷循环,与空气源热泵相比,只是将空气——制冷剂换热器换成水——制冷剂换热器,其它结构基本相同。
3. 室内环路
室内环路在建筑物内和热泵机组之间传递热量,传递热量的介质有空气、水或制冷剂等,因而相应的热泵机组分别应为水——空气热泵机组、水——水热泵机组或水——制冷剂热泵机组。
4. 生活热水环路
将水从生活热水箱送到冷凝器去进行循环的封闭加热环路,是一个可供选择的环路。对于夏季工况,该循环可充分利用冷凝器排放的热量,不消耗额外的能量而得到热水供应;在冬季或过渡季,其耗能也大大低于电热水器。
供热循环和制冷循环可通过热泵机组的四通换向阀,使制冷剂的流向改变而实现冷热工况的转换,即内部转换。也可通过互换冷却水和冷冻水的热泵进出口而实现,即外部转换。
(二)主要型式
根据地源热泵低温热源介质和热泵供热(冷)介质(承担室内负荷的介质)的组合方式不同,地源热泵主机可分为:
水——水系统、水——冷剂系统、水——空气系统热泵。与此相应的空调系统型式主要有三种:
1. 水——水系统
水——水系统热泵主机的制冷工况与普通冷水机组的功能相同,即它是空调系统的冷源,为各种空调系统的末端装置提供冷冻水(二次冷媒)。不同的是它所具有的供热工况——热泵运行方式,能够为空调系统提供45～55℃的热水。在选用该型主机时,应着重注意两点:一是空调系统供热工况或供暖方式末端装置的选择、设计应与热媒参数相匹配;二是该型主机制冷与供热工况间的转换一般是通过机外二次冷媒水与地热换热器循环水流道切换实现的。因此水系统的设计应满足这一要求。
2. 水——冷剂系统
水——冷剂系统热泵主机与冷、热两用的家用分体式空调的工作原理基本相同。不同的是它利用地热换热器循环水作为热泵制冷工况的冷却水和供热工况的低温热源。家用分体空调中体积庞大、噪声污染严重的室外机被两根循环水管所取代。由该型热泵主机组成的空调系统与风机盘管系统基本相同。只是前者承担室内负荷的是制冷剂,而后者是冷冻(热)水。因此,该型热泵主机的选择、设计、安装与控制可参照风机盘管系统进行。
3. 水——空气系统
水——空气系统热泵主机与全空气系统中空调机组的作用相同。不同的是前者自身具备冷热源,其蒸发器(或冷凝器)相当于空调机组的表冷器(或加热器)。因此,该型热泵主机的热效率高于水——水系统热泵主机。在不需要二次冷(热)媒的情况下,宜优先考虑选用这种主机。该机组的选择设计方法与空调机组的基本相同。应注意的是二者的热媒参数有所不同,在确定加热器(冷凝器)面积时应区别对待。
三、某会所地源热泵空调方案简介
(一)工程概况
1. 工程概况与空调负荷
该会所总建筑面积:8600m2;地上三层;该建筑为节能50%建筑。空调冷负荷按500kW计算,热负荷按350kW计算。
2. 方案要点
采用集中地源热泵系统。设置一个热泵机房。集中设置一套地埋管系统。末端采用新风加风机盘管。
以夏季负荷为依据设计机房容量和地埋管。考虑到夏季负荷较大,冬季负荷随小,但运行时间长。因此在方案设计中充分满足夏季空调负荷需要,同时兼顾冬季地下提取热量较多的要求。
3. 初投资估算
会所地源热泵空调初投资估算(见表1)。
(二)空调方案的技术经济比较
1. 经济比较
常见的几种空调方案经济比较(见表2)。
说明:
单位空调面积钻孔费用的高低主要取决于单位空调面积负荷的大小、当地的地质情况和空调设备质量,即单位面积钻孔的多少、钻孔的难易程度和空调设备的档次。
(三)技术比较
常见的几种空调方案技术比较(见表3)。
系统主要特点
方案1:初投资少;运行可靠,需设锅炉房及冷却塔;但耗电量太大,浪费高品质能源,运行费用高。
方案2:锅炉房由换热站取代,符合供热发展趋势,在无入网费时,初投资少;但供暖受外网制约,供暖运行费用较高。
方案3:节约设备用房,施工周期短,但室外机影响建筑立面,运行费用较高,不利于环保、节能。
方案4:可省去锅炉房、冷却塔等设备;运行费用低;安全可靠;节能、环保;维修量小。但初投资较大,占用地下空间。
四、方案设计特点
根据建筑物性质、周边条件、冷热负苟大小及特点,有针对性的采用了集中地埋管地源热泵系统。做到降低能耗和运行费用。在满足建筑物空调要求的前提下,降低工程造价。
(一)方案设计的特点
1. 集中设置分组并联地埋管技术
集中设置地埋管,可实现资源共享,提高地埋管利用率的目的。从而在保证满足需求的前提下,可适当减少地埋管量,降低初投资;多组并联地埋管技术,一方面可提高系统的可靠性和检修的可行性,另一方面便于调节,确保各并联支管间的流量平衡。同时能够适应负荷变化,保证整个地埋管系统运行高效、节能。根据冷热负荷的变化,适时调整地埋管系统运行的最佳配置,做到吸(或放)多少热量,就开通多少地埋管,避免循环流量过大造成的能量的浪费。
2. 精心设计、合理进行施工组织
方案设计中,利用自主开发的设计软件,使设计准确可行;在施工组织方案中,将考虑利用自主开发的岩土层热物性测试仪测定地埋管现场热物性,以便对方案设计进行必要的调整与修正。这一切措施,将提高工程的可靠性,同时适度控制或降低工程造价。
3. 地埋管系统冬取夏蓄,提高了热能的综合利用效益
由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度,远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度。因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。此外,冬季通过地埋管与热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用;夏季通过地埋管与热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中较大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。
4. 节能、环保、可持续发展
系统性能系数较高,节省运行费用25～40%;环保效益显著,减少CO2排量,不向室外排热,不用地下水;可持续发展:热量冬取夏蓄,利用可再生能源;无室外机,设备室内、地下布置,不影响建筑外观,使用寿命长;控制灵活使用方便,能分区、分段或按房间供冷暖,可独立计费;维护费用低,可靠性高,系统简单,维护量少。
(二)地源热泵空调的主要特点
1. 地源热泵空调的主要优点
(1)节能:性能系数较高,节省运行费用25～50%;
(2)环保:减少CO2排量,不向室外排热,不用地下水;
(3)可持续发展:热量冬取夏蓄,利用可再生能源;
(4)无室外机:设备室内、地下布置,不影响建筑外观,使用寿命长;
(5)冷暖兼用:均衡用电负荷,节省建筑空间。
(6)灵活:控制灵活使用方便,能分区、分段或按房间供冷暖,可独立计费。
(7)维护费用低:可靠性高,系统简单,维护量少。
2. 地源热泵空调的主要不足
初投资较高,需要地下埋管空间。
(三)地源热泵空调的应用条件
1. 有一些地用作埋管
地热换热器的设置需要一定的地下空间。地面至地面下约2m以内的空间照常使用。地埋管的面积约为空调面积的三分之一到五分之一。
2. 有一些钱用作初投资
钻孔及地下埋管需要投资。这部分投资,比传统空调中的冷却塔和热交换器要多一些。钻孔及地埋管费用约占地源热泵空调总投资的三分之一到二分之一。
3. 有一些冷、热负荷用作地下热平衡
地源热泵空调系统,利用大地深处冬暖夏凉的特点,通过地热换热器夏天将室内热量释放到地下,冬天从地下吸取热量转移到室内。这种热量的“冬取夏蓄”,保证了地热换热器的高效运行。如果仅有热负荷,即只有冬天取热而无夏天的释放热,或反之,都将导致地下转移热量的不平衡,进而使地热换热器的效率降低。因此,地源热泵空调系统宜用于冬天采暖夏天空调的建筑。
地源热泵空调技术 篇2
沿海地区是利用海水源热泵进行供热供冷的理想位置.本文就大连地区如何利用海洋热资源进行了分析.首先对海洋气候条件下应用此项技术的要求和方案设计进行了讨论,然后结合实际工程(热负荷1.2MW,冷负荷1MW),对其可行性进行了研究,对初投资和运行费用进行了估算.结果表明,由于该项目所处位置和此项技术使用特点,海水源热泵系统在经济和技术上都是可行的..
作 者：李震 端木琳 舒海文 华蓉蓉 朱颖心 LI Zhen DUANMU Lin SHU Hai-wen HUA Rong-rong ZHU Ying-xin 作者单位：李震,端木琳,舒海文,华蓉蓉,LI Zhen,DUANMU Lin,SHU Hai-wen,HUA Rong-rong(大连理工大学,土木水利学院,大连,116024)
朱颖心,ZHU Ying-xin(清华大学,建筑科学系,北京,100084)
地源热泵空调技术 篇3
关键词：空气源热泵；中央空调技术；推广应用；效益分析
中图分类号： U260 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-50-2
0 引言
为促进节约型铁路建设快速发展，切实做好新技术推广应用工作，不断提高能源消耗运行的质量，以达到节能降耗的目标实现。根据铁总和路局节能减排要求，结合我段实际，以推广新技术为出发点，努力提升绿色空气源热泵中央空调新技术应用的氛围，积极推进节能新技术应用，经过实践探索和研究 ，摸索出空气源热泵中央空调节能新技术和资源综合利用的有效方法，并取得良好的效果。对铁路房舍空气源热泵中央空调节能新技术大修改造创新化提出了建议。
我段管内赵城车间洪洞线路工区位于南同蒲中段洪洞县城内，毗邻大槐树景区。担负着南同蒲587K-597K上下行20公里正线，10公里站专线，32组道岔的养护任务。桥梁工区担负南同蒲563K-610K管内的143座涵洞、41座桥梁、43座防撞架的维修保养任务，这两个工区现有职工38人（养路28人、桥梁10人），现有住房，养路工区为24间，桥梁工区11间，面积总共680平方米。
2014年以前这两个工区在冬季取暖共用0.5吨锅炉1台，用煤95吨，锅炉供暖面积680平方米，两个工区共有各式空调5台，用电容量10kW；电扇及吊扇40个（办公场所及单身宿舍），用电容量3.6kW，空调电扇制冷面积680平方米。洪洞是个旅游城市，且该工区有毗邻大槐树景区，为了保证景区范围内环保空气质量，当地环保部门对取暖锅炉的环保要求特别严格，多次下达1吨以下锅炉改造燃油、燃气或停止使用，要求必须限期整改。其次该工区所处城区限制大型货车通行，煤炭一次运送不到位，需要进行二次搬运。为改善当地环境，改善职工工作场所的质量，采用优化方案，决定采用空气源热泵中央空调系统。
1 洪洞线桥工区空气源热泵空调系统概况
洪洞线桥工区空气源热泵中央空调系统建设方案采用空气-水交换式热泵机组系统， 主要由空气源热泵室外机组、室内风机系统和室内外管道等组成。工程总投资35 万元， 2014年10 月建成并投入使用。
1.1 空调系统室内外技术参数指标情况
室外夏季计算干球温度37.2℃ 、计算湿球温度27.9℃，冬季计算干球温度- 9℃、相对湿度69% ；室内夏季25℃- 27℃， 冬季18℃-20℃。
1.2 冷、热负荷的确定
根据现场安装的实际情况以及使用功能， 经测算总需冷负荷68kW， 总需热负荷81.6kW。
1.3 热泵机组的选型
空气源热泵机组选用LSQWRF65M/A-G1美的空气源机组1台， 主要技术参数为： 供冷量21kW/台， 供热量31.5kW/台， 夏季输入功率20kW/ 台， 冬季输入功率31.5kW/台（具体见表1）。
2 效益分析
由于空气源热泵系统采用特殊的换热方式，使它具有燃煤、燃油燃气、太阳能系统不可比的优势。空气源热泵空调系统投入使用后，可一次性拆除空调5台、锅炉1台、电扇40台，并调剂到其他工区使用，每年少用煤炭、电力、维修、人工费用约计8万元左右。而空气源热泵空调系统按平均负荷26kW，年使用220天（夏季制冷期100天、冬季采暖期120天）平均每天工作12小时，年用电量为6.8万kWh，目前，洪洞工区使用的电价为0.86元，年费用计5.85万元。两项对比可以看出（如表2所示）：
3 效果
通过在洪洞工区试用， 空气源热泵技术节约效果显著， 能源利用率提高许多， 降低温室效应有害气体的排放，应用推广性强， 成本低，比燃煤锅炉节省16250元，既节能又环保。
3.1 节能
冬季运行时， COP（性能系数） 约为4， 即投入1kW电能， 可得到4kW左右的热能， 夏季运行时， COP性能系数） 可达到投入1kW电能， 可得到4kW以上的冷量， 运行费用是锅炉的60% 左右。
3.2 环保
空气源热泵系统利用冷媒在蒸发器中与空气进行热交换，吸收空气的热量，（为什么会吸收空气的热量，是因为这种物质的沸点很低，一般是零下四十几度。由于物体由液态变成气态要吸收大量的热量，所以这里的空气相对来说温度已经很高，所以一定会吸热），在蒸发器中吸热以后由液态变为气态，进入压缩机，由压缩机把这种冷媒加工成為高温高压的蒸汽，然后进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒与水进行热交换，冷媒的温度下降，由高温高压的气态变成液态，释放大量的热量，而水就可以吸收这种热量，冷媒就又回到储液罐中，等待下一次的循环，正是因为冷媒的这种周而复始的循环，把大量的热能源源不断地从空气中带到机组循环运行的水中，散发到每个房间。制冷则反之。首先空气源是因为我们能量的大量的来源是空气，是原生态的环保能源。略去燃煤锅炉系统， 降低温度供冷比单个空调制冷面积大大增加，所有工区的房屋全部享用。
3.3 可重复使用
空气对于使用的热泵机组可以说是取之不尽，用之不竭的。
3.4 空气源热泵中央空调技术机器具有多种用途
一是可以降低温度，进行制冷，同时又可进行供暖，解决冬天取暖问题。该套装置系统可以替代原有的锅炉供暖系统和空调制冷设备，意义重大。
3.5 智能自动控制自动化
装置内外部机组与系统实现智能自动控制自动化控制。根据实际情况，进行温度调控，节能效果显著。实现了降支节耗的目的，主要表现在人力、物力方面。
3.6 节省空间
装置主要安装在室外或房顶很小的空间，不需要提供专门的机房。
通过试用，满足了空气源热泵中央空调技术在我段应用的需求，具有极高的推广价值和良好的市场前景。
4 建议
4.1 逐步实施空气源热泵中央空调技术改造
鉴于使用该技术后，电费等节约率效果明显。一次改造后数月月即可节约回投入成本，建议对段管内各工区，采取分步实施、修改结合的方式，逐步实施空气源热泵中央空调技术改造。具体实施中，可先期在运城、临汾、侯马等地区房舍应用量较大先实施改造，以求取得明显的节支降耗效果。将更换下来的空掉和锅炉装备进行入库造册，合理处置，直至全部更换完毕，达到资源综合利用的目标。
参 考 文 献
[1] 铁燕，罗会龙.空气源热泵辅助供热太阳能热水系统技术经济性分析[J].制冷与空调，2009（04）.
地源热泵空调系统技术探析 篇4
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
[1]李中领.简述地源热泵应用于户式中央空调的发展前景[J].制冷与空调, 2005 (01) .
[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) .
地源热泵中央空调广告词 篇5
热泵技术是近代科学发明的一种节能技术。向热泵机组输入一定电能驱动压缩机作功，使机组中的工质(如R22、R134a)反复发生蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，就能实现空间上的热量交换和传递转移。
地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖;夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
桩埋管地源热泵空调系统设计研究 篇6
关键词 桩埋管;地源热泵;空调系统;设计
前言
伴随环境问题和常规能源有限性等问题的不断突出，人们越来越重视以可再生、环保为特质的各种新能源。地源热泵主要是将太阳能资源当作冷热源，对能量进行转换的一种供暖制冷的空调系统;地源热泵属于一种比较环保节能的技术，且由于其具有节能效果较好、经济效益显著、绿色环保等特点，所以在工程中的应用越来越普遍。桩埋管地源热泵系统属于地源热泵空调系统中的其中一种，其虽然也有一定的优点，但目前的应用相对较少，还有待研究、推广。
1.对桩埋管地源热泵空调的系统方案进行研究
1.1对岩土热响应的试验进行分析
1.1.1室外的钻孔
在设计相应的方案前，首先应该在与建筑物的南墙相距9m的地方钻一个相应的测试孔，且孔的深度应为101m，孔径是150mm，并在孔中将双U形的De25PE管安装好，灌浆进行回填，将测试孔封好[1]。再利用岩土热物性测试仪对地下的岩土进行热响应试验，且根据专业的软件分析得到出：岩土容积的比热容为2.070×106J/m3·℃，导热系数是2.112W/m·℃，初始温度为16.5℃。
1.1.2桩基的设定及测孔
应该在采用厚度为5mm的钢板将混凝土的空心管底部封堵好，通过打桩机把216根桩打入到地下所设计的相应位置上，再找出一根比较合适的桩将双U形De25PE管安装好，并将浆灌入其中进行回填及封孔。通过岩土热物性测试仪测试了岩土的热响应后发现：其初始的温度在16.8℃，容积的比热容是2.361×100J/（m3·℃），导热系数为2.157W/（m·℃）[2]。
1.1.3分析具体的测试结果
利用相应的岩土热响应试验对岩土进行测试之后，从其测试结果中得出地埋管的周边的温度适中，其导热系数就会显得较高，比较适合运用桩埋管地源热泵空调系统。在地下的100m处主要是密度较高的花岗岩，在进行钻孔时难度比较大，应该选择双U型的桩埋管，且桩埋管和常规的地埋管相比，前者岩土层的容积比热容、导热系数均比后者稍大，但是没有较大的差别，对常规的地埋管和桩埋管进行设计时可以采用一样的参考值来进行参考。夏季，每米孔深在地下所释放出的热量应该为63W/m，但在冬季时，从地下提取的每米孔深热量应在38W/m。
1.2桩埋管的地源热泵空调系统施工方案
在桩埋管的地源热泵空调系统是安装过程中，工程在夏季时空调的冷负荷是375kW，根据热泵机在夏季的制冷工况对其性能系数进行，其中COP=5.0，此时地埋管应该向地下释方出450kW的热量，再根据向地下每米孔深释放的63W热量来进行相应的计算，因而可以得出夏季所需的桩埋管钻孔总长是7100m。但是，在冬季时，空调的热负荷应该为296kW，参照热泵机组在冬季中制冷的工况性能系数进行相应的计算，计算时COP=4.0，地埋管应该从地下吸收222kW热量，根据每米的孔深吸收地下热量38W进行计算，通过计算得出冬季钻孔的总长度应该为5840m。
根据上述的分析结果可以让施工人员根据夏季的工况来设计地埋管数量，且依据100m的钻孔深度来进行设计，大概需要71个孔。在建筑物中，能够用来埋管的实际地面面积为650m2，如果设计71个孔，每个孔之间的间距就只有3m。如果考虑到有的构筑物和其它亦有的管线带来的影响，部分孔间距根本没有3m，这样会对地下蓄能和地埋管释放热量、吸收热量造成一定的影响[3]。选择钢筋混凝土的预制空心管桩作为地基基础，能够利用部分管桩来对地埋管进行安装，这样不仅使埋管地面面积达不到施工要求的问题得到解决，而且可以降低钻孔费用和减少相应的工期。因为需要考虑桩和桩的距离、桩和剪力墙之间的关系、对井的位置进行检查等因素，所以应选出216根桩中的85根来作埋管桩，且埋管桩总长是1700m，同时室外的钻孔长度应降低到5400m，且室外的钻孔只需要54个，孔间距应为3.5m，这样设计下来可以节省208m2室外的埋管面积。
1.3分析桩埋管的地源热泵空调系统热源机房的设计
热源机房中应设置1台地源热泵机组，且还需一级分水器一只和集水器一只，2台负荷侧循环泵和2台地源侧循环泵，准备一套测定负荷的压补水设备，地源侧应设计一只高位定压的补水箱。
2.分析桩埋管的地源热泵系统优点
桩埋管地源热泵系统与其他的埋管方式比较，其主要有以下的优点：不会占用到建筑物之外的面积，且节约了一定的地下空间[4]。可以省去埋管、钻孔额外的费用，可以使工程投资得到相应的降低，加快工程进度。因为桩基间距相对较大，所以U型热管之间的热影响为零，使地下的换热器工况显得更加稳定。另外，因为受到建筑物的桩基自身的特点影响，致使桩和大地、地埋管和桩的接触更加紧密，降低接触带来的热阻，使循环工质和大地土壤之间的传热得到了相应的强化。） 回填桩埋管的材料主要是水泥，其导热性能比其它的回填材料好，致使换热效果也比其它的埋管方式好。
3.结束语
将桩埋管和室外埋管结合起来的地源热泵空调系统，具有降低投资成本、加快进度、节约地面面积的特点。对该系统进行设计时，必须考虑到各方面的影响因素，充分利用可用桩基;且进行施工的过程中，安装设备的工作人员应和土建施工的人员进行密切的配合，进而才可以防止交叉施所带来的影响，使设计意图得以实现。多数建筑物在施工过程中都需要将相应的桩基工作做好，将其用作作地源热泵系统中的能量桩，可以获得较好的社会、经济效益。
参考文献：
[1]李春宝.浅谈桩基埋管地源热泵系统[J].岩土工程技术，2013，35（3）：654-655.
[2]刘俊红，张文克，方肇洪.桩埋螺旋管式地热换热器的传热模型[J].山东建筑大学学报，2010，62（2）：418-419.
[3]石磊，张方方，林芸.桩基螺旋埋管换热器的二维温度场分析[J].山东建筑大学学报，2010，57（2）：483-485.
地源热泵空调技术 篇7
适合、可靠的水源是有效应用水源热泵的前提,地源中央空调系统中所使用的水源热泵机组是一种高效率的制冷制热设备,其性能系数COP (Coefficient Of Performance)值之高(性能系数也就是通常所说的能效比,简单地说是机组输出的冷量/热量与机组所消耗电功率的比值)是其它类型系统无法比拟的,COP值是评价空调机组节能性能优劣的主要指标。目前国内、外产品,即使由于机组采用不同形式交换器,以制冷工况为例,COP值也可以达到5-7左右。比家用小型分体空调的性能系数高出2倍以上。一般家用小型空调的性能系数在3.0左右,国际上家用空调最高的性能系数达4.15。目前,我国分体式房间空调器的性能系数分为五个等级,一级最高为3.4以上,五级最低为2.6。我国出台的《能源效率标识管理办法》,其中规定空调性能系数达3.2以上为节能产品,低于2.6的为不节能产品,不节能产品不准生产销售。由此可见,我国政府对节能产品的重视程度。
由于地源中央空调系统中的核心水源热泵机组的性能系数高,所以,比其它形式的中央空调的运行费用低得多,同样的使用面积,输出同样的冷热量,如锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转换为热量供用户使用,而水源热泵的转换效率可高达5.5以上。因此它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,,比燃料锅炉节省二分之一以上的能量,运行费用为各种采暖设备的30～70%。由于地表水的温度全年较为稳定,一般为10℃～25℃之间,其制冷,制热系数可达3.5～5.5,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50～60%。所以,地源中央空调系统应该说是目前最节能的中央空调系统。同时,也是最环保无空气污染、无水污染、无噪声污染的供冷、供暖设备。而且,地源中央空调系统的初期投资费用也低于燃油锅炉、风冷热泵机、集中供暖、燃气炉燃油炉等设施。
以上是由于水源热泵机组的特殊结构自身所具备的节能特性。根据我们多年来设计、安装、调试大中型地源中央空调系统的实践经验证明,对系统中某些环节加以技术改进,可以使地源中央空调系统的运行费用降到更低。下边就系统中四个环节的节能应用技术加以阐述。
一、联控节能技术——主机与系统循环泵、井下潜水泵联动
地源中央空调系统耗电量主要来之水源热泵机组、系统循环泵、井水潜水泵。由于在系统设计时所选热泵机组的制冷量/制热量应满足系统负荷量的要求,且应留有一定余量,所以,机组在运行过程中,若末端室内系统达到设定温度,会致使机组自动卸载,直至停机。一般情况下,运行中的热泵机组的停机时间约占运行时间的1/3左右。当机组停机后若系统循环泵和井下潜水泵一直在运行,就造成井水浪费及电量消耗,因此,在系统设计时,将主机与系统循环泵、井下潜水泵联锁,主机启动,泵启动;主机停止,泵延时停止。泵的这种联动运行方式比泵独立运行方式的耗电量可节约26%左右,而且也实现了系统一键制的操作方式。
二、变频节能技术——井下潜水泵变频控制
地源中央空调系统具有两个独立的水循环回路,一个是系统循环水回路,另一个是井水循环回路。井水循环回路就是井水经潜水泵提升,将井水送到机组的冷凝器或蒸发器中,再回灌到另一口井中。因此,井水在机组中所起的作用,就是在制冷时机组产生大量的热量需要井水吸收带回地下,即井水为冷却水;在制热时机组产生大量的冷量需要井水吸收带回地下,即井水为冷冻水。机组在运行过程中,由于负荷的变化引起机组呈现满载或轻载运行的状态,当机组轻载运行时,为保证原工况,会对冷却水或冷冻水的需求量减少,所以,采用变频控制潜水泵,会根据机组对井水的需求量进行自动调节,从而降低泵的输入频率,起到节能的作用。泵的转速减慢,泵的输入功率下降,随之井出水量减少。若井出水量减少到额定值的80%,即减少了20%,则变频器输送给井水泵的频率为40HZ,井水泵的输入功率将下降到51%,从而节约电量为49%。这样不仅使潜水泵耗电量大幅度减少,节省电能、节约水量,而且还保证了机组的最佳运行工况。同时,变频控制潜水泵还能起到泵的软启动,减小起启动电流对电网的冲击。
三、变量节能技术——系统变流量供冷供暖
变流量系统是指末端系统的水量随负荷变化而改变。变流量系统中末端需要安装二通电动阀,由温控器控制二通电动阀和风机盘管的启/停。一般来说,人对温度舒适度的感觉,在夏季可设定为26℃左右,在冬季可设定为20℃左右。当空调使末端室内达到设定温度后,温控器自动将二通电动阀和风机盘管关闭,节省风机盘管中电动机的耗电量。当室内温度超过设定范围,温控器自动打开电动阀和风机盘管。如果末端支路电动阀人为或自动关闭的多,系统循环水量和压力会发生较大的波动,引起水力失调,这就极不利于机组的正常运行。因此,为了保证机组最佳工况运行,变流量系统需要在机组的进/出口之间安装压差旁通调节阀,调节系统水量。也就是当电动阀人为或自动多数被关闭时,机组出口水量大部分经压差调节旁通管直接回到机组回口,这部分水的冷热量基本是不消耗的,所以,机组会很快达到系统所设定温度而卸载到75%或50%,甚至停机,这样大部分时间机组都在设计负荷以下运行,据统计,变流量系统在一年内满负荷运行的时间只有6%～10%,同时,在末端流量大幅度减少的情况下,压差调节阀输出信号控制二次管道泵降低运行频率或减少二次泵运行台数。所以,变流量系统的机组与泵的总耗电量比定流量系统下降32%左右。
四、管理节能技术——分时段设定系统出水温度
尤其对于住宅空调系统,除定时段开/关机组节能外,分时段设定不同的出水温度,也能达到节能目的。比如,夏季深夜时分设定出水温度高一些,冬季深夜时分设定出水温度低一些。因为,这时人已入睡,人入睡后最舒适温度夏季在28℃～30℃,冬季在16℃～18℃。如果夏季深夜温控器设定为28℃(通常26℃),机组输出水温设定为10℃(通常为7℃),冬季深夜温控器设定为18℃(通常为20℃),机组输出水温42℃(通常为45℃),按深夜8小时计算,比正常温度设定时可节约电能达25%左右。
此外,利用深井地热水供暖的中央空调系统节能技术,比全部采用地源中央空调系统供暖节约25%～30%的初期投资,运行费用可降低50%左右。利用地热供暖的中央空调系统是利用千米左右的深井热水(60℃左右)与水源热泵机组相结合的供暖方式。由于充分反复利用深井水的热量,所以投资少,运行费用低。但必须具备有千米左右的深井。这项新技术新方法前年已在开封黄河水利职业技术学院新校区实施,效果良好。河南省开封市的黄河水利职业技术学院新校区教学楼及生活服务区的水源热泵采暖中央空调系统。总面积为40000m2,其中:(1)教学楼(1～7#)七幢,建筑面积为37000m2;(2)生活服务区3000m2 (该楼三层,一层北侧1000m2为学生洗澡堂,二～三层南侧2000m2为办公用房)。由于1～5#教学楼以及学生洗澡堂只考虑采暖问题,6～7#教学楼及办公用房不仅考虑采暖而且还要考虑制冷问题。在设计中,整体上采暖负荷主要以学校开凿的地热深水井为根本(地热井深度为1400m,水温58℃,水量60T/h),其余负荷以水源热泵为辅,使采暖、制冷、卫生用水各方面指标达到要求。该校地热井深度为1400m,出水温度为58℃,在设计和施工中,充分体现了对地热水使用的方法及特点。一方面要尽量地使用地热水的热能,维持一定的尾水温度;,尾水回收运用到水源热泵机组蒸发器中,不仅使得这种地热开式系统的运行总效率n得以提高,而且水源热泵机组的冬季水体温度提高,使得热泵循环的蒸发温度提高,能效比也得到提高。另一方面,在非峰估负荷时,也要减少抽取地下的热水量,不使大量热水在较高温度下流失。近两年实际运行,各项功能达到预期效果,冬夏供暖运行费用,远远少于其它各类形式的空调使用方式。
由于水源热泵机组自身是一种供冷供暖的节能设备,加之对系统优化设计,采用节能控制技术及科学管理,使地源中央空调系统的运行费用降至最低,一般情况下,夏季供冷运行费用每天每平方米只有0.04元左右,冬季供暖运行费用每天每平方米为0.08元左右。因此说,目前国际上最环保、最节能,且具有供冷、供暖、供生活热水三大功能的空调系统——地源中央空调。2004年国家发改委颁发了《关于组织实施“节能和新能源”关键技术》的通知,将地下水热能、热泵机组列为重点地推广项目。
总之,不同使用性质的楼宇,都可以按照国家规范中的要求,完美地设计出它所应有的特点。无论那一个业主在准备选择以地源中央空调系统为冷热源提供方式时,设计单位都应精雕细选,除把机组能量的匹配予以最优化以外,还要考虑不同时使用率、使用的时序性、附属设备的配套的准确性,以及电气控制的先进性。只有整体趋于完美化,才能真正意义上使整个系统达到最优,也才能使得整个地源中央空调系统“高效、节能、环保、实用”的理念真正得以体现。
参考文献
[1]丁良士，张长春等．利用深井地热水作为辅助热源的水源热泵系统节能分析．全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集．2002年1期．
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地源热泵空调技术 篇8
地源热泵技术的应用在我国已经有了二十多年的历史, 其相对于传统的空调技术手段来说, 应用价值和效果是比较理想的, 在很多方面都表现出了较为理想的应用意义, 尤其是相对于传统的暖通空调技术手段而言, 地源热泵空调技术的应用无疑更适合于当前社会发展对于节能以及高效应用的需求, 而为了进一步提升这种地源热泵空调技术的应用效果, 据此进行深入探索, 不断创新发展也就成为了极为重要的一个研究领域, 具备着较强的研究价值。
1 地源热泵空调技术及其应用特点
地源热泵空调技术主要就是指充分运用地下水、岩土体以及地表水进行相关热量的转化, 促使其能够达到高效供热的目的。这种地源热泵空调技术的应用主要涉及到了三个基本组成部分, 即水源热泵机组、地热能交换系统以及建筑物内部相关系统, 该技术手段的有效应用确实在很大程度上体现出了较强的实际效能, 其应用特点主要表现在以下几个方面:
(1) 该系统在具体运行过程中不会受到外界环境的干扰和影响, 相应的运行稳定性比较理想, 能够适应于各种恶劣环境条件, 如此也就能够最大程度上保障其工作的可靠性, 能够为人们提供最为舒适的室内生活环境, 进而优化了传统空调技术手段的运用效果;
(2) 对于地源热泵空调技术的具体构成来说, 其不需要在室外进行挂机处理, 进而也就最大程度上保障了建筑的整体性, 避免建筑的美观性受到影响, 并且因为该系统的运行不需要向室外排放大量的热能, 所以也不会造成热岛问题的产生, 有助于改善当前我国环境恶化问题, 促进城市的可持续发展;
(3) 节能优势必然是这种地源热泵空调技术应用的最大特点和功效表现所在, 也是当前社会发展中解决能源短缺问题的一项重要举措, 尤其是随着当前人们对于空调系统的依赖性越来越突出, 相应的能耗也越来越突出, 进而这种节能表现和优势也就具备着极强的现实意义, 需要引起相关人员的高度重视;
(4) 从使用寿命上来看, 这种地源热泵空调技术的应用优势也是比较明显的, 因为其各项系统装置都是在室内安装完成的, 相应的使用过程也不易受到外界环境的干扰和威胁, 进而也就延长了地源热泵空调系统的应用年限, 相应的维护工作也比较简单, 提升了后续应用的便捷性和实效性。
2 地源热泵空调技术应用创新
2.1 水源利用
在地源热泵空调技术的实际运行过程中, 水源的应用是比较重要的一种方式, 相应的水源换热系统也就需要引起足够的重视, 针对这种水源换热系统进行创新研究, 提升其运行效率, 也就能够较大程度上提升整个地源热泵空调技术的运行效率。具体到水源换热系统的创新应用中来看, 其主要细分为地表水换热系统以及地下水换热系统两个不同类型, 这两种系统类型的创新应用均具备着研究实效性。在这种水源换热系统的优化设计中, 需要首先针对当地的水源状况进行分析, 无论是利用地下水还是地表水进行系统运行, 都需要了解其相应的特点以及使用的基本要求, 并且针对其水温进行准确检测, 了解其能够发挥出的积极作用和效果, 保障其能够在地源热泵空调技术的应用中充分发挥出“源”的作用和价值;此外, 对于这种水源的高效利用来说, 沿海地区对于海水的充分运用也是一种比较重要的方式和手段, 当然, 对于海水的应用还需要考虑其不良影响和威胁, 采用等量回灌等方式进行处理, 尽可能减少海水应用带来的不良影响。
2.2 土壤源换热系统应用
采用岩土体作为换热系统源的地源热泵空调技术在应用中同样需要进行深入的创新研究, 不断提升其应用实效性, 这种土壤源换热系统在具体的设计应用过程中具备着较为理想的普适性, 能够在很多区域得到较好的应用, 其主要的作用设备就是相应的地埋管换热器, 由此可见, 这种地埋管换热器也就应该作为土壤源换热系统应用创新的重要目标。针对地埋管换热器的具体铺设方式以及铺设位置进行重点探究, 提升其铺设的可靠性和合理性是比较关键的一个方面, 在铺设分析过程中, 必须要充分考虑当地的岩土体条件, 全面勘察了解相应的结构特点, 及其在地埋管换热器铺设中可能存在的一些影响和限制因素, 确保地埋管换热器的埋设能够发挥出最强的换热效果, 提升换热效率。一般来说, 为了提升这种土壤源换热系统的应用效率和价值, 还可以辅助性的添加一些额外的热源装置, 进而促使其成为一种复合型的换热系统, 不断提升其应用的实效性, 促使其空调应用价值的最大化。
2.3 末端系统优化
对于地源热泵空调技术的具体应用过程来说, 末端系统同样也是极为重要的一个方面, 这种末端系统的优化设计也就成为了创新研究的一个要点所在。基于这种末端系统优化设计工作来说, 其不仅仅能够充分提升地源热泵空调技术应用的优势价值, 还能够最大程度上保障其应用范围得到扩展。在以往的末端系统应用中, 比较常见的就是风机盘管加窗式通风槽, 虽然这种应用方式具备着一定的优势, 能够促使该系统较为简易可行, 但是在应用效率以及舒适度的提升上却存在着较大的局限性;基于此, 针对末端系统进行优化也就显得极为必要, 其创新优化设计主要就是采用风机盘管供冷以及地板辐射供暖的方式进行处理, 这种应用方式明显改善了以往末端系统应用的缺陷, 提升了地源热泵空调技术的应用价值。
3 结束语
综上所述, 在当前社会发展过程中, 地源热泵空调技术的应用已经成为了极为重要的一种方式和手段, 而为了最大程度上提升其应用效果, 针对该技术进行创新优化也就显得极为必要, 尤其是要针对水源利用、土壤源换热系统应用以及末端系统优化三个方面来说, 更是需要引起足够重视。
摘要：地源热泵空调技术是今后我国暖通空调发展的一个重要方向, 该类空调技术的应用确实具备着较为理想的应用价值和效果, 值得进行相应的创新研究, 不断提升其推广范围, 本文就重点针对地源热泵空调技术及其应用创新进行了简要的分析和探究。
关键词：地源热泵,空调技术,特点,创新应用
参考文献
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[2]王勇.重庆市地源热泵空调技术的应用现状与展望[J].资源节约与环保, 2009, 05:71-72.
[3]梁海嵘.广西体育中心游泳馆地源热泵空调技术应用节能分析[J].建筑节能, 2013, 03:4-7.
地源热泵空调技术 篇9
水源热泵空调系统是一种可以利用地球表面浅层水源 (如地下水、河流和湖泊) , 和人工再生水源 (工业废水、中水、地热尾水等) 的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源 (如电能) , 实现低温位热能向高温位热能的转移。将水体和地层蓄能作为冬、夏季的供暖热源和空调冷源, 即在冬季, 把水体或地层中的热量“取”出来, 提高温度后, 供给室内采暖;夏季, 把室内的热量“取”出来, 释放到水体和地层中去。水源热泵系统60年代开始在美国提出之后, 经过30年不断改进和发展, 技术日趋成熟, 其产品已逐渐商品化, 迄今已经在北美建筑中应用了40多年。进入70年代后, 这项技术在日本的推广应用很快。
东芝、三菱电机、PMAC公司均有水源热泵产品出售, 东京、名古屋、横滨等城市在70年代初就有很多采用闭式环路水源热泵空调系统的工程实例。自80年代以来, 我国采用水源热泵空调系统的建筑也逐年增多。目前, 在深圳、上海、北京以及一些中小城市均有工程实例, 例如, 北京天安大厦、上海锦江第四号楼、西安建国饭店、青岛华侨饭店。深圳同贸大厦、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了闭式环路水源热泵空调系统。但大多数水源热泵系统以地下水作为冷热源, 据报道, 目前我国青岛建起了以海水为冷热源的水源热泵空调系统, 湖南湘潭市政府新大楼里的水源热泵中央空调利用市中心区人工湖地表湖水为冷热源的水源热泵系统。水源热泵因具有“绿色、环保、节能”的优势, 在我国的推广应用前景十分广阔。
1、生态住宅小区概况
崇明岛是一座具有独特文化的生态之岛, 拥有“水清、土洁、气净”优越的生态环境, 是上海地区唯一的一个国家级生态示范区。上海为了探索“健康、舒适、生态、节能”的住宅小区的建设, 实现“节能、节水、节地、节材、治污”的目标, 选择崇明作为建设“人与自然和谐发展”的资源节约型住宅的示范地。崇明某生态住宅小区总规划建筑面积93490㎡, 其中, 住宅建筑48230㎡, 原住宅建筑面积10000㎡, 住宅户数473户, 住宅人数1514人。
2、空调系统冷热源方案和可行性分析
2.1 空调系统冷热源方案
本工程水源热泵系统原理图如图1所示。冬季, 工质通过板式换热器从河水中吸收热量, 通过热泵系统的冷凝器加热空调系统的循环水, 向用户供暖。夏季工质通过板式换热器向河水中排出热量, 通过热泵系统的蒸发器吸收空调系统的循环水的热量, 向用户供冷。由于冬季江水温度较低, 为了提高换热效果, 直接利用江水和板式换热器进行换热。为了得到更低的蒸发器温度, 工质采用乙二醇溶液 (加防冻剂等添加剂) 。
2.2 水源热泵方案可行性分析
首先, 崇明某生态住宅小区紧靠长江 (距江堤约1000米) , 江堤附近的河面开阔, 根据最低和最高水位的实际情况, 引水管的取水口的安设位置对航道不会造成影响, 因此, 水源热泵具备利用长江水资源的条件。另外, 小区附近有一条通向长江的排水明渠, 可直接利用该明渠向长江排水, 只需安设一根引水管, 因此敷设取水管道的初投资可以相应减少。其次, 根据上海市的气象、水文条件, 夏季长江水最高月 (8月) 平均温度一般为27.6~28.0℃, 以换热器5℃温差考虑, 则热泵机组夏季的进水平均温度不高于33℃, 如果夏季热泵的冷却水侧进出口温差为5℃, 则热泵机组出水温度不高于38℃, 根据热泵机组的技术要求, 这时的冷却水供回水温差是能够保证夏季热泵机组制冷正常运行。在冬季, 崇明长江水最低月 (2月) 平均温度一般为5.6~6.7℃左右, 以换热器2℃温差考虑, 则热泵机组冬季的进水温度不高于3.6℃, 以冬季热泵的冷冻水侧进出口温差为5℃考虑, 则热泵机组出水温度不到-1.4℃, 则须在循环水中添加防冻液。考虑到长江水易泥沙、水藻等杂质含量高, 水表面直接与空气接触, 水体含氧量较高, 腐蚀性强, 如果将地表水直接供应到每台热泵机组进行换热, 容易导致热泵机组寿命的降低, 换热器结垢而性能下降, 严重时还会导致管路阻塞, 因此不宜将地表水直接供应到每台热泵机组换热。本工程将长江水和冷凝器或蒸发器的循环水之间是用热交换器分开, 热交换器采取小温差换热的方式运行, 这样就可以用廉价的换热器保护昂贵的水源热泵机组。综上所述, 根据崇明向阳住宅小区所处的地理位置, 可利用长江水资源的优越条件, 选用大型水源热泵机组作为住宅小区内住宅空调系统的冷热源, 以长江水作为水源热泵机组的冷热源在技术上是可行的。
3、水源热泵系统方案技术经济分析
根据住宅和商业的负荷情况及小区的建设特点, 冬、夏季均由水源热泵机组来承担空调负荷, 夏季为末端提供7/12℃的冷冻水, 冬季为末端提供50/40℃的热水。系统方案经济分析计算初投资和运行费用, 常规空调系统 (电制冷+燃气锅炉) 进行分析比较。
3.1 设计参数
小区内住宅设计为节能建筑, 单位建筑面积的冷负荷和热负荷分别按45W/㎡和40W/㎡进行概算, 系统冷热负荷概算结果见表1。
3.2 设备选型和初投资
⑴水源热泵机组
本方案采用2台水源热泵机组 (单台制冷量为1312k W、制热量1257kW) , 用于夏季供冷和冬季供热。主要设备和初投资选型表如表2。
⑵燃气锅炉+冷水电制冷机组
本方案采用2台螺杆式冷水机组 (单台制冷量为1406kW) , 用于夏季供冷, 2台燃气锅炉 (单台制热量为1400kW) , 用于冬季供热。主要设备选型表如表3。
3.3 运行费用分析
年运行费用主要按冬夏两个季节计算, 夏季运行按照每天运行18小时, 运行150天:冬季每天运行18小时, 运行90天算。综合考虑设备同时使用系数0.8.本工程上海地区的电价政策:06:00~22:00-0.61元/kWh, 22:00~06:00-0.30元/kWh, 天然气2.2元m3, 据此, 进行年运行费用分析。其结果如表4所示。
3.4 经济比较
通过对两种空调方案的初投资及运行费用分析, 结合两种不同空调方案的特点, 分析结果如表5
从以上对两种方案系统的初投资与运行费用综合分析结果得出:
⑴初投资
水源热泵空调系统冷热源部分单位建筑面积的初投资为91.23元/㎡.常规空调空调系统冷热源部分单位建筑面积的初投资为71.55元/㎡
⑵年运行费用和投资回收期:
水源热泵机组单位建筑面积的年运行费用为21.27元/㎡, 比常规空调降低23%。其投资回收期为4年。水源热泵空调方案在投资回收期过后, 每年为业主节省的运行费用, 即为净利润。系统按15年运行期考虑, 因节省运行费用而产生的总利润为334万元;且相比而言水源热泵系统所需要维护的设备较少, 维护费用更低。
4、水源热泵系统对环境的影响
根据水源热泵系统的原理可知, 本工程水源热泵空调系统对长江水的利用仅限于热量的提取和转换, 并在使用过程中严格限制对长江水进行任何化学处理, 有限的处理也仅限于对其进行过滤、沉淀以及加热冷却等物理处理, 长江水的成分在整个使用过程中没有发生任何变化, 因此, 水源热泵系统的运行不会给长江水造成污染。
5、结论与建议
5.1水源热泵空调系统具有效率高、节能、环保的优点, 同时, 水源热泵空调系统技术和产业化已经成熟, 崇明生态小区集中空调系统冷热源具备利用长江水有利条件, 通过技术经济分析, 不仅技术上可行, 经济上也合理。根据本文所做的概算, 水源热泵的初投资比常规空调稍高, 但运行费用低, 年节省运行费用约28.54万元。
5.2长江水水源热泵系统正常使用的前提下, 仅限于对其进行过滤、沉淀以及加热冷却等物理处理, 因此, 水源热泵系统的运行不会带来长江水的污染问题。
5.3在现有条件下, 若要采用长江水水源热泵系统, 须做好过滤和除氧防腐工作。
5.4在长江中修建引水管道和构筑物须经相关管理部门的同意, 最好与长江沿岸的景观相协调。
参考文献
[1].徐伟, 等译, 朗四维, 校.地源热泵工程技术指南.北京:建筑工业出版社, 2001
[2].范存养.热泵空调及各种热回收系统和空调节能措施.同济大学科技情报站
[3].李先瑞, 郎四维.热泵的现状与展望.建筑热能通风空调, 1999 (3)
地源热泵空调技术 篇10
随着科技进步及国民经济的高速发展,人们对生活品质的要求也越来越高,用来满足人们舒适度要求的空调系统,不仅在工业及商业建筑中得到了广泛应用,近年来在住宅建筑中的应用也越来越普遍。由于建筑能耗中的很大部分是被采暖空调系统所消耗,因此空调系统的广泛应用,使得建筑能耗大幅增加。
在这种背景之下,以节能和环保为主要特征的空调系统——水源热泵空调系统应运而生,该系统以地球水体所储藏的太阳能资源为冷热源,通过输入少量的高品位能源(电能),实现低温位热能向高温位热能的转移。地表土壤和水体不仅收集了47%的太阳辐射能量,而且是一个巨大的动态能量平衡系统。因此,利用地下水源的热泵空调系统属于可再生能源利用技术,另一方面,热泵系统运行效率高,性能系数可达3.0以上。由于系统只需输入少量高品位电能,因此不会产生有害气体,对大气不会造成污染,是真正的环保节能型空调系统。
2 水源热泵中央空调的设计
2.1 水源热泵空调系统的设计
(1)整体方案设计。
本系统是利用地下水循环中的热量作为水源热泵系统的低温热源,循环方案选择水一水热泵系统。
对于本系统来说,由于一般而言夏季工况下蒸发器与冷凝器的负荷略大于冬季工况下的负荷,由此可知夏季工况下选型得到的换热器面积也略大于冬季工况下所需的换热器面积,所以,按照夏季工况进行换热器选型,不仅可以满足冬季工况的要求,还可以使系统在冬季工况运行时有较高的能效比。
在所设计的水源热泵空调系统中,通过四通换向阀改变热泵工质的流向来实现制热与制冷循环的切换。在供暖期,加热后的循环水一部分被直接引至换热器,此时换热器即为热泵系统中的蒸发器,在蒸发器中循环水的热量被热泵工质吸收,降温后排入循环水池。热泵工质吸收热量后蒸发,经过压缩机升温升压,在冷凝器中,将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所提升出来的那部分热量排出,放出的热量就传递给空调用水,使其温位提高用于供暖,温位降低则可以用于制冷循环。
(2)系统末端装置分析。
就系统末端装置的形式而言,水源热泵空调系统又分为集中的大型水—水式水源热泵机组+风机盘管和分散的水-空气式水源热泵机组形式。根据以上所述水源热泵技术的特点,结合本方案的具体设计情况,确定采用集中的大型水-水热泵机组+风机盘管的形式,原因如下。
①此种形式的水源热泵系统所采用的设备在国内均有成熟产品,在价格和售后服务方面更易得到保障。
②由于末端水一空气式水源热泵机组带有压缩机,在噪音控制方面较为不利,考虑到噪音的控制,因此采用只有风机而不带压缩机的风机盘管作为末端设备更为有利。
③尤其是在北方,冬季空调计算温度低达-12℃,由于水-空气机组对进风温度有要求(一般不低于5℃,否则低温保护将启动),冬季新风的处理必须使用电加热预热,在地表水充足的情况下不能有效利用免费的地热资源,而该方案能够有效的避免上述问题,更加合理高效的利用热能实现采暖供热的需求。
2.2 水源热泵空调在采暖中的应用及其经济性分析
(1)采暖应用分析。
采用水源热泵空调供暖,在设计上首先要进行供暖热量的计算及验证,为设计合适的水源热泵空调功率奠定基础,其次,要选用合适的元件,确保换热、散热、冷凝等工序的顺利进行,第三,要为水源热泵空调系统选择合适的冷源与热源,水热源由应用水作为热泵机组的冷(热)源,采用水作为传热介质,可以极大的提高空调系统的换热量,尤其是在采暖供热方面,可以应用河、湖及海水、地下水、废水等。
实际上,水源热泵空调系统是以一个双管封闭的循环系统,以采暖热泵空调系统为例,循环系统并联联接住宅建筑中每户水源热泵机组,每户设一个水源热泵机组,当冬季需要采暖供热时,冷媒从循环水中取走热量,室内空气流经机组室内侧热交换器后,经风管系统送人主要房间进行空调及采暖。
(2)经济性分析。
①直接经济效益:水源热泵调峰供暖能否与传统锅炉供暖相抗衡,主要取决于产生效益的高低。以供、回水温度50℃/35℃、供暖面积5万m2为例,燃煤锅炉的单位供暖成本13.65元/m2,地热水源热泵调峰供暖方案的单位供暖成本15.41元/m2,比锅炉高出13%。从直接经济效益上看,水源热泵调峰供暖会比锅炉调峰供暖的利润低;但若从合理使用能源的角度上分析,锅炉调峰并没有很好地解决地热资源合理利用的问题,而且通过二次燃料的消耗,又或多或少地造成环境问题。而水源热泵系统是通过从废弃地热水中提取热量,来扩大供暖面积,地热利用率可提高30%左右。从供热系统本身而言,对环境并未造成危害,既保护了环境,又节约了地热资源。传统的采暖方式采用燃油燃气锅炉,从环保角度上会优于燃煤锅炉,但由于价格相差悬殊,必须要考虑经济性。
②间接经济效益:水源热泵与锅炉供暖相比,所产生间接效益的差别是不容忽视的。在效益分析中,由于锅炉及配套设备所占用土地、运输、出渣、排放烟气及灰尘处理等在计算成本时受多种主、客观因素所限,很难以统一尺度进行衡量,被视为间接效益。与热泵调峰供热相比,燃煤锅炉要留有储煤、存渣场地、运输通道,粗略估算其占地面积相当于一个水源地热站的5倍。如果是燃油锅炉,要有配套的储油罐,除了要占用一部分空间以外,增加了管理上的难度。虽然燃气锅炉清洁、占地面积小,但运行成本之高,目前在供热市场还很难全面推广。
③环境效益分析:采用水源热泵调峰供暖可有效地减少常规燃料需求和灰、渣、二氧化硫及氮氧化物排放量,并相应减少城市运输量,具有明显的环境效益和社会效益。
3 水源热泵技术的特点及应用前景
水源热泵技术在实际应用中,相对于传统的空调采暖技术,具有很多突出的优势,具体表现如下。
(1)是一种可再生的清洁能源利用技术;(2)高效节能;(3)一机多用,应用广泛;(4)节水、省地。
水源热泵技术目前集中应用在商场、大厦等建筑物中,并且多采用地下水源和污水源,随着热泵技术的发展,将来水源热泵技术可以进一步应用在家庭住宅、别墅、车库等中小型建筑物中,其绿色清洁的能源利用方式、高效的能源利用率、低廉的投入费用等必将迅速占领采暖供热市场,取代传统的采暖供热空调系统。
摘要：针对传统空调系统采暖供热效率较低、消耗能量大的弊端,水源热泵空调技术得到迅速发展和广泛应用。本论文在介绍了水源热泵技术的特点及其应用前景的基础上,给出了水源热泵中央空调系统的设计方案,完成了水源热泵空调系统的整体设计,并对设计中有待研究和探讨的问题进行了分析讨论,对于进一步推广水源热泵空调系统的应用具有一定的借鉴意义。
关键词：水源热泵技术,采暖系统,空调系统设计
参考文献
[1]赵力,涂光备,张启.混合工质用于地热热泵系统的实验研究[J].太阳能学报, 2001,22(3):241-245.
漫谈土壤源热泵空调方案的优劣 篇11
关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点
1 概述
最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。
在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。
2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理
土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。
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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图
3 土壤源热泵空调的优点
第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。
第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。
第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。
第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。
4 土壤源热泵空调的缺点
第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。
第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。
第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。
5 结束语
在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。
参考文献：
[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.
[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.
[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.
[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.
[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.
作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。
endprint
摘要：目前我国地热能源的开发利用程度还比较低，在地热能源利用方面，土壤源热泵空调是一种利用地热能源实现制冷与供暖的设备。本文通过土壤热源泵的基本工作原理进行分析，阐述了其在实际工作过程中的优点与不足。
关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点
1 概述
最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。
在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。
2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理
土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。
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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图
3 土壤源热泵空调的优点
第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。
第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。
第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。
第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。
4 土壤源热泵空调的缺点
第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。
第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。
第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。
5 结束语
在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。
参考文献：
[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.
[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.
[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.
[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.
[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.
作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。
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摘要：目前我国地热能源的开发利用程度还比较低，在地热能源利用方面，土壤源热泵空调是一种利用地热能源实现制冷与供暖的设备。本文通过土壤热源泵的基本工作原理进行分析，阐述了其在实际工作过程中的优点与不足。
关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点
1 概述
最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。
在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。
2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理
土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。
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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图
3 土壤源热泵空调的优点
第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。
第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。
第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。
第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。
4 土壤源热泵空调的缺点
第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。
第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。
第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。
5 结束语
在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。
参考文献：
[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.
[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.
[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.
[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.
[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.
作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。
浅析地源热泵中央空调 篇12
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