《地源熱泵大學(xué)堂》（連載三）

馬最良
哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院教授

   （接上期）

    綜合上述，熱泵運(yùn)行工況下土壤溫度的變化是地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要關(guān)注的重要問題之一。設(shè)計(jì)中針對(duì)上述特征采取必要的技術(shù)措施（如：管群的最小間距、埋深、季節(jié)蓄能等）和合理的設(shè)計(jì)，以保證埋管管群長(zhǎng)期可持續(xù)地從土壤中吸取熱泵所需要的熱量，從而保證地埋管熱泵空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

1.2.3 驅(qū)動(dòng)能源

　　　熱泵的驅(qū)動(dòng)能源主要是電能，其次是液體燃料（汽油、柴油等）、燃?xì)獾?。電能、液體燃料、氣體燃料雖然都是能源，但其價(jià)值不一樣，電能通常是由其他初級(jí)能源轉(zhuǎn)變而來的，在轉(zhuǎn)換中必有損失。因此，對(duì)于有同樣制熱性能系數(shù)（大于1）的熱泵，若所采用的驅(qū)動(dòng)能源不同，則其節(jié)能意義及經(jīng)濟(jì)性均不同。為此提出用能源利用系數(shù)來評(píng)價(jià)熱泵的節(jié)能效果。能源利用系數(shù)E定義為，供熱量與消耗的初級(jí)能源之比。

　　　圖1-11給出電能驅(qū)動(dòng)熱泵和帶熱回收的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵的能流圖。

　　　顯然，帶熱回收的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵比電能驅(qū)動(dòng)熱泵有更高的能源利用系數(shù)。從能量利用觀點(diǎn)看，內(nèi)燃機(jī)熱泵優(yōu)于電能驅(qū)動(dòng)熱泵。但是，上述比較提前是電站的燃料與內(nèi)燃機(jī)的燃料是相同的，這種互換的情況實(shí)際上是少有的。此外，每1kJ柴油或汽油與煤的價(jià)格也不同，這兩種熱泵所采用的設(shè)備也不一樣。因此，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵不一定優(yōu)于電能驅(qū)動(dòng)的熱泵。

這兩種熱泵的能源利用系數(shù)比燃煤鍋爐房供熱要高得多。一般小型燃煤鍋爐房的供熱系統(tǒng)，其能源系數(shù)為0.6，中型燃煤鍋爐房供熱系統(tǒng)的能源利用系數(shù)約為0.65~0.70。然而，上述電動(dòng)熱泵若與燃?xì)猓ㄓ停╁仩t相比，是否能節(jié)省初級(jí)能源，這要取決于燃?xì)猓ㄓ停╁仩t的能源利用系數(shù)的高低。目前，燃?xì)忮仩t能源利用系數(shù)為0.95的話，則上述電動(dòng)熱泵相對(duì)于燃?xì)猓ㄓ停╁仩t是不節(jié)省初級(jí)能源的。在這種情況下，只有提高電動(dòng)熱泵制熱的性能系數(shù)（如εh由3提高到3.2以上）或火力發(fā)電效率由η1η2=0.30提高到0.32以上，才能使上述電動(dòng)熱泵比燃?xì)忮仩t節(jié)能。

1.3 熱泵空調(diào)系統(tǒng)中熱用戶的特殊問題

熱泵空調(diào)系統(tǒng)中熱用戶即為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的熱用戶，它是由管路系統(tǒng)與末端空調(diào)處理設(shè)備（裝置）組成冷量或熱量的分配系統(tǒng)，按各建筑物冷熱負(fù)荷的大小，合理地將冷量或熱量分配到各個(gè)房間或區(qū)域，以創(chuàng)造出舒適而健康的室內(nèi)環(huán)境。但是，考慮到熱泵空調(diào)系統(tǒng)宜為低溫供暖，高溫供冷，通過控制運(yùn)行條件，提高熱泵空調(diào)系統(tǒng)能效比。為此應(yīng)做好熱用戶與其系統(tǒng)的匹配。例如，適用地中海氣候條件的地源熱泵系統(tǒng)全年供暖（供冷）能效比達(dá)5.0，其中技術(shù)措施之一就是在熱泵工況，最小負(fù)荷時(shí)，熱水供水溫度為30℃，最大負(fù)荷時(shí)為40℃。在制冷工況，最大負(fù)荷時(shí)，冷凍水供水溫度為10℃，最小冷負(fù)荷時(shí)為20℃。這樣，就為熱用戶系統(tǒng)提出一個(gè)問題，什么樣的末端裝置與系統(tǒng)形式同熱泵運(yùn)行工況相匹配。

1 熱用戶用熱的低溫化

　　　眾所周知，熱泵空調(diào)系統(tǒng)向用戶提供的熱水溫度愈低，其熱泵機(jī)組的能效比愈高。因此，熱用戶用熱的低溫化對(duì)提高熱泵機(jī)組的能效比十分有利。為說明此問題，先分別計(jì)算：當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩礈囟葹?0℃、5℃、0℃時(shí)，用戶用熱溫度為65℃、55℃、45℃、40℃時(shí)，熱泵機(jī)組COP理論值和實(shí)際值，其結(jié)果列入表1-2中。

　　　表1-2明確說明，在實(shí)際工程中，熱用戶必須選用低溫的熱分配系統(tǒng)，以便在盡可能低的供熱水溫度下，將熱量送給熱用戶，這對(duì)提高熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能效比是十分有利的。

2 適用于低溫水的熱分配系統(tǒng)與設(shè)備

　　　目前，適用于低溫水的熱分配系統(tǒng)（又稱熱泵空調(diào)末端系統(tǒng)）主要有：低溫輻射采暖系統(tǒng)（如輻射式頂板、毛細(xì)管席、地板或墻埋管作為輻射板的輻射采暖系統(tǒng)）和風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)（常規(guī)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和地板嵌入式對(duì)流散熱器系統(tǒng)）。地板埋管作為輻射板的輻射采暖系統(tǒng)和傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)是地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)最常見的熱分配系統(tǒng)。本小節(jié)不再介紹，僅介紹毛細(xì)管席輻射式空調(diào)末端系統(tǒng)和地板嵌入式對(duì)流散熱器系統(tǒng)。

（1）毛細(xì)管輻射式空調(diào)末端系統(tǒng)

　　　毛細(xì)管輻射式空調(diào)末端系統(tǒng)是德國(guó)工程師根據(jù)仿生學(xué)原現(xiàn)在20世紀(jì)70年代發(fā)明的一種新型空調(diào)末端系統(tǒng)，其系統(tǒng)一般利用φ3.35mmx0.5mm導(dǎo)熱塑料管作為毛細(xì)管，用φ20x2mm塑料管作為集管，通過熱熔焊接組成不同規(guī)格尺寸的毛細(xì)管席。其主要特點(diǎn)有：

● 冬季毛細(xì)管內(nèi)通低溫度的熱水（一般供水溫度32℃）向房間輻射熱量；夏季毛細(xì)管內(nèi)通溫度較高的冷水（通常供水溫度為16℃），向室內(nèi)輻射冷量。相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有較高夏季供水溫度和相對(duì)較低的冬季供水溫度，可省能30%。

● 由于毛細(xì)管席換熱面積大，傳熱速度快，因此傳熱效率較高。

● 與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)首先是更安靜的空調(diào)系統(tǒng)；其次沒有凝水系統(tǒng)，不會(huì)發(fā)生排水不暢，造成滴水等現(xiàn)象；也不存在傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管滴水盤中滋生細(xì)菌，影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。

● 毛細(xì)管席占用建筑凈空小，節(jié)省建筑空間。

● 毛細(xì)管席布置靈活，施工方便。

● 對(duì)水質(zhì)要求較高。

　　?。?）地板嵌入式對(duì)流散熱器空調(diào)系統(tǒng)

　　　地板嵌入式對(duì)流散熱器的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)器的結(jié)構(gòu)基本相同,都是一種將風(fēng)機(jī)和表面式換熱盤管組裝在一起的裝置。但不同點(diǎn)是,地板嵌入式對(duì)流散熱器隱蔽安裝于架空地板中。冬季供暖時(shí)，冷空氣沿窗下降，通過進(jìn)氣口過濾器進(jìn)入，經(jīng)貫流風(fēng)機(jī)使空氣橫向沖刷對(duì)流換熱器的外表面，與管內(nèi)熱水進(jìn)行換熱，加熱后的空氣通過出風(fēng)口格柵送入室內(nèi)，向室內(nèi)供熱。

    地板嵌入式對(duì)流散熱器標(biāo)準(zhǔn)寬度330mm,兩種管槽標(biāo)準(zhǔn)高度130mm和150mm。備有三種管槽標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度1200mm、2000mm和2800mm。其主要的特點(diǎn)有：

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   訪談：馬最良教授談地源熱泵的推廣應(yīng)用科學(xué)之道

馬最良教授簡(jiǎn)介：
哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生導(dǎo)師，九三學(xué)社社員。曾是中國(guó)制冷學(xué)會(huì)理事會(huì)理事、黑龍江省制冷學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、黑龍江省能源研究會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)建筑裝飾協(xié)會(huì)暖通空調(diào)委員會(huì)理事，《暖通空調(diào)》、《地源熱泵》等雜志編委。從事的主要研究方向有：熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)中應(yīng)用理論與實(shí)踐；暖通空調(diào)設(shè)備的研制與開發(fā)；暖通空調(diào)設(shè)備性能試驗(yàn)方法的研究與發(fā)展。研究成果累累。著有《熱泵》、《制冷技術(shù)與應(yīng)用置》、《建筑節(jié)能技術(shù)》、《民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)(第1版和第2版)》、《水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第1版和第2版）》、《熱泵技術(shù)應(yīng)用理論基礎(chǔ)與實(shí)踐》、《地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》、《暖通空調(diào)熱泵技術(shù)》、《空調(diào)工程中的制冷技術(shù)》（第1版和第2版）等著作與教材。

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