地源熱泵系統(tǒng)用于中央空調(diào)的優(yōu)勢(shì)及節(jié)能環(huán)保性分析
何科奇
（天津市葛龍灣城鎮(zhèn)建設(shè)投資有限公司）
摘 要：隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，地源熱泵中央空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演起越來(lái)越重要的角色。人們對(duì)地源熱泵空調(diào)的要求也不斷提高，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)構(gòu)成與原理，并在投資回報(bào)、運(yùn)行性能、設(shè)備管理、使用期限等方面與其他中央空調(diào)形式進(jìn)行對(duì)比分析，充分論述了地源熱泵工程應(yīng)用在節(jié)能、環(huán)保上的綜合優(yōu)勢(shì)。
近年來(lái)，隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作的不斷深入，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)已進(jìn)入我國(guó)，通過(guò)在工程中的成功運(yùn)用得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇，成為我國(guó)中央空調(diào)冷熱源發(fā)展的新趨勢(shì)，充分體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。美國(guó)環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)宣布，地源熱泵系統(tǒng)是目前可使用的對(duì)環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。我國(guó)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(huì)發(fā)揮更大的作用。
1 地源熱泵系統(tǒng)組成及運(yùn)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(jī)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(jī)房?jī)?nèi)裝有地源熱泵機(jī)組、水泵、定壓補(bǔ)水裝置及加藥設(shè)備等?？照{(diào)末端則由新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、送回風(fēng)口及安全控制器等所組成。
1.2 地源熱泵運(yùn)行原理
在冬季，地埋管地源熱泵系統(tǒng)通過(guò)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(jī)組提升水溫，通過(guò)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(diǎn)
?。?）地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供暖和供冷。
?。?）地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能70%。比燃?xì)忮仩t效率提高48%。系統(tǒng)配置較好的熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)（COP）可達(dá)到5.0以上，即輸入1千瓦電能，有5千瓦冷量輸出，運(yùn)行費(fèi)用較低。
?。?）地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)少，因而減少了維護(hù)量。機(jī)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(guò)濾網(wǎng)和凝結(jié)水盤。
?。?）地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無(wú)需燃燒燃料，因此不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和污染物，也不會(huì)發(fā)生爆炸。地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時(shí)，不需要鍋爐，無(wú)燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放。據(jù)美國(guó)地?zé)釁f(xié)會(huì)提供的報(bào)告，僅美國(guó)肯塔基州路易斯維爾市總建筑面積15.8萬(wàn)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(dá)沃斯論壇主會(huì)場(chǎng)————新建9.8萬(wàn)m2的天津梅江會(huì)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%。
?。?）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(chǎng)、別墅等場(chǎng)所。在處理好冬夏熱量平衡問(wèn)題的基礎(chǔ)上，即使是嚴(yán)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(shì)
3 地源熱泵用于中央空調(diào)的綜合優(yōu)勢(shì)
3.1 一機(jī)多用
地源熱泵可完全代替冷水機(jī)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(lái)的不便，同時(shí)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(yùn)行工況
地源熱泵系統(tǒng)因?yàn)闆]有常規(guī)冷水機(jī)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(wú)需寶貴的地面面積，可產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)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。室內(nèi)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相同。此外，機(jī)組的運(yùn)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(huì)衰減，更無(wú)風(fēng)冷熱泵冬季運(yùn)行的結(jié)霜除霜之慮。也無(wú)燃煤、燃油鍋爐儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油等既不衛(wèi)生又不安全的問(wèn)題。
3.3 使用壽命長(zhǎng)
一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)壽命10-15年，燃?xì)忮仩t為8-10年；而設(shè)計(jì)、施工合理的地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況穩(wěn)定，其地下?lián)Q熱器壽命可達(dá)50年以上。
3.4 控制簡(jiǎn)單
根據(jù)用戶要求，可降低控制成本。有利于可采用全系統(tǒng)可編程智能化遠(yuǎn)程中央計(jì)算機(jī)控制，具有隨人流變化而自動(dòng)調(diào)整地源熱泵供冷或供暖處理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化，運(yùn)行費(fèi)用最小化。還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備，可存儲(chǔ)、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟(jì)及技術(shù)數(shù)據(jù)，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化。
3.5 低維護(hù)費(fèi)
地源熱泵系統(tǒng)，操控人員專業(yè)門檻低。地源熱泵系統(tǒng)不設(shè)冷卻塔、屋頂風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)工作穩(wěn)定，較少出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備中制冷劑壓力過(guò)高或過(guò)低的現(xiàn)象，維護(hù)費(fèi)用大大低于傳統(tǒng)空調(diào)；一套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)供冷、制熱和生活熱水三種功能，因而減少了對(duì)多種供冷、供暖設(shè)備的維護(hù)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(jī)組+燃油鍋爐以及溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組中央空調(diào)形式進(jìn)行分析比較如下：
4.1 初投資與運(yùn)行費(fèi)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(jī)組+燃油鍋爐：初投資相對(duì)較少；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：初投資頗高。
（2）運(yùn)行費(fèi)用
地源熱泵：可比一般暖通空調(diào)節(jié)約40%-60%。
以天津?yàn)槔菏姓峋W(wǎng)冬季采暖費(fèi)為市民25元/m2，工商用戶36元/ m2（2011年價(jià)格）。夏季空調(diào)費(fèi)約為50元/ m2。全年費(fèi)用為市民75元/ m2(工商戶為86元/ m2)。而地源熱泵冬季供暖費(fèi)13元/ m2，夏季空調(diào)費(fèi)12元/ m2,全年費(fèi)用為25元/ m2。以電價(jià)0.6元/kwh計(jì)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(guò)在不同負(fù)荷下調(diào)節(jié)室外機(jī)的輸入功率及制冷劑流量來(lái)達(dá)到節(jié)能效果；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：需要制冷機(jī)組和鍋爐兩套設(shè)備機(jī)組，維護(hù)需要專業(yè)人員；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：用電量小，使用熱能驅(qū)動(dòng)，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(hù)管理比較
（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)
地源熱泵：一機(jī)三用，一臺(tái)機(jī)組就可以實(shí)現(xiàn)供冷、供熱和供生活熱水，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：一套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供冷和供熱，但生活熱水系統(tǒng)則需另配；
冷水機(jī)+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?yán)錈崴畽C(jī)組：可一機(jī)三用，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
（2）維護(hù)管理
地源熱泵：系統(tǒng)采用自控系統(tǒng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：隨著管道的加長(zhǎng)，對(duì)管材材質(zhì)、制造工藝、現(xiàn)場(chǎng)焊接等的要求也提高，滲漏的可能性增大；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：鍋爐房需設(shè)置安全裝置，需請(qǐng)壓力容器檢測(cè)站每年進(jìn)行檢測(cè)，否則不準(zhǔn)使用；冷卻塔需定期清洗，維護(hù)費(fèi)用高；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：水泵和冷卻塔耗能大，機(jī)組需常年保持較高的真空度，冷量衰減快，維護(hù)費(fèi)用高。
4.3 機(jī)房占地、使用壽命及其他方面的比較
（1）機(jī)房占地
地源熱泵：當(dāng)使用水—水機(jī)組時(shí)，所需機(jī)房面積較小；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(jī)可采用壁掛或立式放置，不需要機(jī)房，但影響建筑外觀；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：需要冷凍站和鍋爐房；且冷卻塔和儲(chǔ)油設(shè)備也需要占用面積；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：設(shè)備及機(jī)房的占地面積較大。
（2）使用壽命
地源熱泵：壽命最長(zhǎng)，設(shè)計(jì)施工良好的地埋管部分可達(dá)38000小時(shí)及以上，地面以上設(shè)備壽命約21000小時(shí)；
VRF空調(diào)系統(tǒng)：一般為25000小時(shí)左右；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：平均使用壽命約為21000小時(shí)；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：平均使用壽命約為21000小時(shí)。
（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(duì)室外美觀要求不高的建筑物；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：比較適合于對(duì)環(huán)保要求不高的地區(qū)；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)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(jī)，不影響建筑物美觀，無(wú)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(jī)安裝高度有限制。機(jī)組不宜設(shè)置過(guò)密，否則通風(fēng)不暢；室外機(jī)影響建筑物外部美觀；
冷水機(jī)組+燃油鍋爐：適應(yīng)性強(qiáng)，但污染環(huán)境，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，鍋爐房需要設(shè)置自動(dòng)安全報(bào)警裝置，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊大；
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組：節(jié)電不節(jié)能，需蒸汽等大量余熱、燃油（氣），會(huì)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(hù)相對(duì)便捷，使用期限相對(duì)延長(zhǎng)，廢棄排放量相對(duì)較低，在節(jié)能、環(huán)保上享有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益并舉的今天，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)必將進(jìn)一步獲得重視，得到越來(lái)越廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。
（責(zé)編：zy）
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