地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)勢分析
何科奇
摘 要：隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，地源熱泵中央空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演起越來越重要的角色。人們對其要求也不斷提高，節(jié)能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標(biāo)。本文介紹了地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成與原理，并在投資回報、運行管理、使用期限等方面與其他中央空調(diào)形式進行對比分析，充分論述了地源熱泵工程的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：地源熱泵，中央空調(diào)，節(jié)能，環(huán)保
近年來，隨著國際經(jīng)濟技術(shù)合作的不斷深入，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)已進入我國，通過在工程中的成功運用得到了空調(diào)界人士的認可和推崇，成為我國中央空調(diào)冷熱源發(fā)展的新趨勢，充分體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的特點。美國環(huán)境保護局稱，地源熱泵系統(tǒng)是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。我國將加快建設(shè)以低碳為特征的建筑體系，因而地源熱泵工程將會發(fā)揮更大的作用。
1、 地源熱泵系統(tǒng)組成及運行原理
1.1地源熱泵系統(tǒng)組成
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由以后部分組成：地下?lián)Q熱器、地源熱泵機組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱、空調(diào)末端設(shè)備和室內(nèi)溫控器等。熱泵機房內(nèi)裝有地源熱泵機組、水泵、定壓補水裝置及加藥設(shè)備等?？照{(diào)末端則由新風(fēng)機組、風(fēng)機盤管、送回風(fēng)口及安全控制器等所組成。
1.2 地源熱泵運行原理
在冬季，地埋管地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的由封閉管道構(gòu)成的地下?lián)Q熱器，從大地收集自然界的低溫?zé)崃?，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶入地源熱泵機組提升水溫，通過末端設(shè)備將熱量送入室內(nèi)。在夏季，地源熱泵系統(tǒng)將室內(nèi)熱量排入環(huán)路并為大地所吸收，房屋得到冷量。
2、 地源熱泵特點
（1）地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊藏于土壤和江河湖泊及海水、污水中的低位熱能，循環(huán)再生，實現(xiàn)對建筑物的供暖和供冷。
（2）地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能70%。比燃氣鍋爐效率提高48%。系統(tǒng)配置較好的熱泵機組的制冷系數(shù)（COP）可達到5.0以上，即輸入1千瓦電能，有5千瓦冷量輸出，運行費用較低。
（3）地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)少，因而減少了維護量。機組一般均采用標(biāo)準(zhǔn)部件，便于維修。需要經(jīng)常清理末端設(shè)備的空氣過濾網(wǎng)和凝結(jié)水盤。
（4）地源熱泵系統(tǒng)在運行中無需燃燒燃料，因此不會產(chǎn)生有毒氣體和污染物，也不會發(fā)生爆炸。地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時，不需要鍋爐，無燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放。據(jù)美國地?zé)釁f(xié)會提供的報告，僅美國肯塔基州路易斯維爾市總建筑面積15.8萬平方米的高特.豪斯飯店地源熱泵系統(tǒng)，每年可減排CO2849噸；SO219.97噸；NOX14.98噸；微塵2.49噸。2010年世界“達沃斯論壇主會場————新建9.8萬m2的天津梅江會展中心”地源熱泵工程的污染物排放，比常規(guī)空調(diào)供熱減少了70%。
（5）該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于辦公樓、賓館、學(xué)校、公寓、醫(yī)院、飯店、商場、別墅等場所。在處理好冬夏熱量平衡問題的基礎(chǔ)上，即使是嚴寒地區(qū)或熱帶地區(qū)也可應(yīng)用。
3 、地源熱泵用于中央空調(diào)的綜合優(yōu)勢
3.1 一機多用
地源熱泵可完全代替冷水機組+鍋爐兩種設(shè)備，解決了供暖、制冷設(shè)備分設(shè)給用戶帶來的不便，同時其熱回收功能可高效提供大量高品質(zhì)的生活熱水。
3.2 節(jié)省空間，穩(wěn)定運行工況
地源熱泵系統(tǒng)一般無需配置常規(guī)冷水機組配套的冷卻塔，沒有鍋爐房和其他室外地面設(shè)備，因而無需寶貴的地面面積，可產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善環(huán)境外部形象。地埋管置于室外地下，既美觀，又不占用室內(nèi)空間。此外，機組的運行工況穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會隨氣溫降低而明顯衰減，更無風(fēng)冷熱泵冬季運行的結(jié)霜除霜之慮。也無燃煤、燃油鍋爐儲煤、儲油等既不衛(wèi)生又不安全的問題。
3.3 使用壽命長
一般來說，常規(guī)空調(diào)設(shè)計壽命10-15年，燃氣鍋爐為8-10年；而設(shè)計、施工合理的地源熱泵系統(tǒng)運行工況穩(wěn)定，其地下?lián)Q熱器壽命可達50年以上。
3.4 控制簡單
根據(jù)用戶要求，可采用全系統(tǒng)可編程智能化遠程中央計算機控制，具有隨人流變化而自動調(diào)整地源熱泵供冷或供暖處理，實現(xiàn)節(jié)能最大化，運行費用最小化。還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備，可存儲、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟及技術(shù)數(shù)據(jù)，促進系統(tǒng)運行最優(yōu)化。
3.5 低維護費
地源熱泵系統(tǒng)對操控人員的專業(yè)要求低，一般無需冷卻塔、屋頂風(fēng)機，壓縮機工作穩(wěn)定，較少出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備中制冷劑壓力過高或過低的現(xiàn)象，維護費用大大低于傳統(tǒng)空調(diào)；一套設(shè)備可實現(xiàn)供冷、制熱和生活熱水三種功能，因而減少了對多種供冷、供暖設(shè)備的維護量。
4 、地源熱泵與其他空調(diào)方案性能比較
現(xiàn)將地埋管地源熱泵與VRF空調(diào)系統(tǒng)、冷水機組+燃油鍋爐以及溴化鋰冷熱水機組中央空調(diào)形式進行分析比較如下：
4.1 初投資與運行費用比較
（1）初投資
地源熱泵：初投資略高；
VRF空調(diào)系統(tǒng)（變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調(diào)系統(tǒng)）：初投資高；
冷水機組+燃油鍋爐：初投資相對較少；
溴化鋰冷熱水機組：初投資頗高。
（2）運行費用
地源熱泵：可比一般暖通空調(diào)節(jié)約40%-60%。
以天津為例：市政熱網(wǎng)冬季采暖費為市民25元/m2，工商用戶36元/ m2（2011年價格）。夏季空調(diào)費約為50元/ m2。全年費用為市民75元/ m2(工商戶為86元/ m2)。而地源熱泵冬季供暖費13元/ m2，夏季空調(diào)費12元/ m2,全年費用為25元/ m2。以電價0.6元/kwh計算，一般采暖空調(diào)用電45kwh/ m2,而地源熱泵用電僅為15kwh/ m2。
（3）節(jié)能效果
VRF空調(diào)系統(tǒng)：通過在不同負荷下調(diào)節(jié)室外機的輸入功率及制冷劑流量來達到節(jié)能效果；
冷水機組+燃油鍋爐：需要制冷機組和鍋爐兩套設(shè)備機組，維護需要專業(yè)人員；
溴化鋰冷熱水機組：用電量小，使用熱能驅(qū)動，耗能比常規(guī)空調(diào)大30——40%，節(jié)電不節(jié)能。
4.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)與維護管理比較
（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)
地源熱泵：一機三用，一臺機組就可以實現(xiàn)供冷、供熱和供生活熱水，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：一套系統(tǒng)可實現(xiàn)供冷和供熱，但生活熱水系統(tǒng)則需另配；
冷水機+燃油鍋爐：需要供冷和供熱兩套設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；
溴化鋰冷熱水機組：可一機三用，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
（2）維護管理
地源熱泵：系統(tǒng)采用自控系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單，維護費用低；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：隨著管道的加長，對管材材質(zhì)、制造工藝、現(xiàn)場焊接等的要求也提高，制冷劑滲漏的可能性增大；
冷水機組+燃油鍋爐：鍋爐房需設(shè)置安全裝置，需請壓力容器檢測站每年進行檢測，否則不準(zhǔn)使用；冷卻塔需定期清洗，維護費用高；
溴化鋰冷熱水機組：水泵和冷卻塔耗能大，機組需常年保持較高的真空度，冷量衰減快，維護費用高。
4.3 機房占地、使用壽命及其他方面的比較
（1）機房占地
地源熱泵：當(dāng)使用水—水機組時，所需機房面積較??；使用水—空氣分散式系統(tǒng)僅需要循環(huán)泵房；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：室外機可采用壁掛或立式放置，不需要機房，但影響建筑外觀；
冷水機組+燃油鍋爐：需要冷凍站和鍋爐房；且冷卻塔和儲油設(shè)備也需要占用面積；
溴化鋰冷熱水機組：設(shè)備及機房的占地面積較大。
（2）使用壽命
地源熱泵：壽命最長，設(shè)計施工良好的地埋管部分可達38000小時及以上，地面以上設(shè)備壽命約21000小時；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：一般為25000小時左右；
冷水機組+燃油鍋爐：平均使用壽命約為21000小時；
溴化鋰冷熱水機組：平均使用壽命約為21000小時。
（3）使用范圍比較
地源熱泵：地埋管系統(tǒng)需一定的地下面積，或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源，；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：適用于對室外美觀要求不高的建筑物；
冷水機組+燃油鍋爐：比較適合于對環(huán)保要求不高的地區(qū)；
溴化鋰冷熱水機組：適用于煤、油（氣）資源極為豐富的地區(qū)，或可以利用熱電廠或其他廢熱的地區(qū)。
（4）其他方面的比較
地源熱泵：沒有室外機，不影響建筑物美觀，無環(huán)境污染，需要建筑物周圍有一定的空地或可以利用的湖泊、池塘、河流等水源；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：主機安裝高度有限制。機組不宜設(shè)置過密，否則通風(fēng)不暢；室外機影響建筑物外部美觀；
冷水機組+燃油鍋爐：適應(yīng)性強，但污染環(huán)境，運行維護復(fù)雜，鍋爐房需要設(shè)置自動安全報警裝置，啟動時對電網(wǎng)的沖擊大；
溴化鋰冷熱水機組：節(jié)電不節(jié)能，需蒸汽等大量余熱、燃油（氣），會造成空氣污染。
總而言之，地源熱泵空調(diào)作為一種新型的中央空調(diào)形式，可節(jié)省建筑空間，提高投資效用，操作及維護相對便捷，使用期限相對較長，廢棄排放量相對較低，節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢顯著。在經(jīng)濟效益與社會效益并舉的今天，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)必將進一步獲得重視，得到越來越廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。
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（責(zé)編：zy）
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