地源熱泵空調(diào)技術(shù)在蘇州紐威項目中的應(yīng)用

崔海波 張長華 李春香 朱良政
(上海建冶科技工程股份有限公司， 上海 201108)

摘要：結(jié)合工程實例,介紹了土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方法、相應(yīng)流程及本工程的技術(shù)工藝特點和實際運行效果，并展望了地源熱泵技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:土壤源熱泵，工程實例，設(shè)計，流程圖

Applicaition of Ground-source Heat Pumpin Suzhou Niuwei Project

       Cui Hai-bo  Zhang Chang-hua  Li Chun-xiang  Zhu Liang-zheng
   （Shanghai Jian Ye Technology Engineering Limited Company, Shanghai 201108, China）

Abstract: Combined with an engineering example’s technical characteristic and operating effect, this paper introduces the design method and flow chart of ground-source heat pump system. The prospects of the GSHP technology are forcasted.
Key words: ground-source heat pump(GSHP), engineering example, design, flow chart

1  地源熱泵技術(shù)原理：

    熱泵技術(shù)是在高位能的拖動下，使熱量從低位熱源流向高位熱源的技術(shù)。它可以把不能直接利用的低品位熱能(如空氣、土壤、水、太陽能、工業(yè)廢熱中的熱等)轉(zhuǎn)化為可利用的高位能，從而達到節(jié)約部分高位能(煤、石油、天然氣、電能等蘊含的能量)的目的。
    在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機組內(nèi)的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機盤管中循環(huán)空氣所攜帶的熱量吸收至冷媒

 
圖1 地源熱泵系統(tǒng)的工作原理

   中，在冷媒循環(huán)至冷凝器內(nèi)冷凝時，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，并最終轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，系統(tǒng)通過風(fēng)機盤管，以冷風(fēng)的形式為房間供冷。在制熱狀態(tài)下（以小型機組為例），地源熱泵機組內(nèi)的壓縮機對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，同時再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機盤管將冷媒所攜帶的熱量以熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。

 
2  地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特點

1）高效節(jié)能，運行費用低,地源熱泵機組采用溫度恒定的地下土壤或水源作為能源，能效比Cop在4.5~6.0之間，比空氣源熱泵高出40%左右，運行費用比常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)低30%~40%。
2）運行安全穩(wěn)定，可靠性高,無燃燒設(shè)備，無爆炸隱患，使用安全。如使用燃油、燃氣鍋爐供暖，其燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染極重，影響人們的生命健康。地源熱泵夏季不會向大氣中排除廢熱，減小城市的“熱島”效應(yīng)；冬季不受外界氣候影響，運行穩(wěn)定可靠，不存在空氣源熱泵除霜和供熱不足的問題。
3）空調(diào)主機一機多用，便于布置，使用范圍廣泛,空調(diào)主機體積小，戶式機組可安裝在儲藏室等輔助空間，不需要較高的入戶電容量?？晒┡?、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加水冷機組2套系統(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。
4）自動運行
    地源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，可無人值守；此外，機組使用壽命長，均在20年以上。

表1 地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)特點比較(1萬平方建筑，負荷為100瓦/平方)

 地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比，有著明顯的環(huán)保、節(jié)能、安全等優(yōu)勢[7-8]。

3  地源熱泵空調(diào)技術(shù)在蘇州紐威機械有限公司新建廠房工程中的實踐應(yīng)用

3. 1  工程概況
    蘇州紐威機械有限公司位于蘇州高新區(qū)內(nèi)，新建廠區(qū)占地面積約250000m2，該公司是專業(yè)生產(chǎn)精密機床、高檔法蘭與閥門等的大型企業(yè)。本工程為蘇州紐威機械有限公司一期，包括新建工程1#廠房及其配套工程，分廠區(qū)和辦公兩部分，其中辦公樓為三層，建筑高度為13米，建筑面積3540平方米；綜合樓為三層,高度12.9m，建筑面積為4000 m²；廠房為單層高度15米，建筑面積38660平方米。項目總建筑面積達46000 m²，如此大面積的建筑幾乎全部使用地源熱泵空調(diào)技術(shù)，在國內(nèi)屬比較重大且具典型意義的項目。
    該工程于2009年6月底竣工，采用土壤源熱泵作為供冷、供熱源，為綜合樓，1#廠房、精密車間及辦公區(qū)域的供熱、供冷。本項目采用兩組離心式地源熱泵機組，輔助增加一組離心式水冷機組。
3. 2  建筑物的冷熱負荷及其GSHP系統(tǒng)設(shè)計
①　基礎(chǔ)參數(shù)
夏季空調(diào)室外計算干球溫度34.1℃，濕球溫度28.2℃，通風(fēng)計算溫度32℃。冬季空調(diào)室外計算干球溫度-4℃，相對濕度75%，通風(fēng)計算溫度3℃。夏季空調(diào)供回水溫度為7～12℃，冬季空調(diào)供回水溫度45～40℃。

表2 室外空氣計算參數(shù)表

表3室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)表

②　設(shè)計負荷
各建筑物的設(shè)計負荷及同時負荷系數(shù)見表3。

表4　各建筑物的設(shè)計負荷及同時負荷系數(shù)

③ 埋管系統(tǒng)
    埋管換熱器的選型結(jié)合現(xiàn)場條件,在滿足運行要求的前提下,選取經(jīng)濟的形式和結(jié)構(gòu)。埋管形式可分為水平式和豎直式,水平埋管換熱器雖然造價低,但占地面積較大,傳熱性能低于豎直埋管換熱器。由于該工程場地面積有限,確定采用豎直埋管形式。目前應(yīng)用最多的是U 型管, U型管施工簡單,傳熱性能較好,承壓高,管道接頭少,在正常施工的前提下不易泄漏,因此選用U型管。
地下埋管方案：
1．采用垂直埋管方式；2．垂直埋管總長度約196×1020 m；　3．埋深100 m；4．孔徑大于130 mm；5．打孔數(shù)1020個；6.空間距不小于4 m；7．分集水器10個，分分水器10個，總集水器1個，總分水器1個；8．每孔有兩根PE管，底部用U型管接頭連接。
④地上系統(tǒng)主要設(shè)備
主要設(shè)備為地源熱泵空調(diào)機組、水冷空調(diào)機組、風(fēng)機及風(fēng)機盤管、新風(fēng)盤管空調(diào)箱、空氣處理機組、異程式空調(diào)水系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)等[1-6]。

表5 動力中心主要設(shè)備表

3.4  熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工藝流程圖

3.4.1  地源熱泵機組地源側(cè)的水流程圖

 圖2 地源熱泵機組地源側(cè)的水流程圖

說明：地埋管系統(tǒng)的水循環(huán)：水泵——GSHP機組——分水器——地埋管——集水器——水泵——GSHP機組，連續(xù)循環(huán)（夏天將冷凍機的熱量帶入地下，冬天將地下的熱量帶入冷凍機）。

3.4.2  地源熱泵用戶側(cè)冷凍水流程圖

 圖3 地源熱泵用戶側(cè)冷凍水流程圖

說明：冷凍水通過水泵將水夏天制冷冬天制熱送入空調(diào)區(qū)域。
3.4.3  冷卻塔設(shè)備流程圖

 圖4 地源熱泵用戶側(cè)冷凍水流程圖

說明：通過循環(huán)冷卻水把GSHP機組內(nèi)的熱量帶入冷卻塔內(nèi)散熱。
3.4.4  動力中心機房流程圖

圖5 動力中心機房流程圖

3.5  地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)建成調(diào)試后實際運行情況
該新建廠房的暖通系統(tǒng)，自6月底竣工以來系統(tǒng)運行效果良好，實際供冷效果優(yōu)于設(shè)計要求。土壤源熱泵機組的地源進水溫度非常穩(wěn)定，基本在23—25℃,制冷機運行效率大大提高，精密車間制冷效果與溫度穩(wěn)定性極佳，初步估算本系統(tǒng)的節(jié)能效果達到35%—40%以上水平。

表6 地源熱泵系統(tǒng)部分運行數(shù)據(jù)表（2009年7月上中旬檢測）

5  地源熱泵技術(shù)的發(fā)展前景

    最近20年地源熱泵在歐美等工業(yè)發(fā)達國家取得了迅速的發(fā)展，已成為一項成熟的應(yīng)用技術(shù)。在美國地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。
　　在我國由于能源價格的特殊性、人們對節(jié)能、環(huán)保的認識程度等原因以及其它一些因素的影響，幾年前地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展還比較緩慢，人們對之尚不十分了解。近年來隨著能源危機與環(huán)境危機的不斷加劇，政府對節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的關(guān)注與支持力度不斷提升，人居民對環(huán)保節(jié)能意識也不斷提高，地源熱泵技術(shù)開始越來越引起人們的重視。近年來，地源熱泵空調(diào)技術(shù)在國內(nèi)新建大型公共建筑尤其是火車客運站、游泳館等項目中，已經(jīng)得到日益廣泛的應(yīng)用，在發(fā)達地區(qū)高端公寓別墅等住宅工程中的應(yīng)用超過5%。地源熱泵技術(shù)在當(dāng)前經(jīng)濟與環(huán)境危機背景下，已經(jīng)成為政府大力支持與發(fā)展的新能源戰(zhàn)略的一部分，快將入高速發(fā)展時期。

注：本文為《地源熱泵》雜志專稿內(nèi)容，轉(zhuǎn)載請注明“中國地源熱泵網(wǎng)”。