摘要：隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及人們生活水平的提高,各種住宅區(qū)、公共建筑等對空調供熱提出較高要求。在符合人們對舒適度、健康性需求的前提下,樹立低碳社會意識,合理應用自然資源,降低能源消耗,已成為當前空調系統(tǒng)應用的必經(jīng)之路。在這種情況下，地源熱泵中央空調系統(tǒng)應運而生。本論文重點從低碳節(jié)能、環(huán)保、可再生等方面對于地源熱泵中央空調系統(tǒng)進行了分析。

關鍵字：地源熱泵;節(jié)能 ;建筑能耗;空調系統(tǒng)

Abstract: Wth the rapid development of market economy and the improvement of people's living standard, residential area, public construction, higher requirements for air conditioning and heating. In this case, ground-source heat pump central air-conditioning system emerges as the times require. This thesis mainly from low carbon energy saving, environmental protection, renewable and other aspects for ground-source heat pump central air-conditioning system was analyzed.

Key words: ground source heat pump; energy saving; building energy consumption; air conditioning system

中圖分類號：TU831.7+3 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著當今傳統(tǒng)能源的日趨枯竭及環(huán)境污染的加劇，在“節(jié)能減排”的國策指導下，地源熱泵系統(tǒng)因其顯著的節(jié)能、環(huán)保、高效益用等特點而愈加受到人們的重視。

一、地源熱泵中央空調系統(tǒng)特點分析

1.1 認識地源熱泵

地源熱泵是一種利用淺層地熱資源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調設備。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖;夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。

1.2地源熱泵節(jié)能分析

地下淺層地相對于大地溫度而言，有時間延遲和峰值衰減的作用，所以全年溫度比較穩(wěn)定。地源熱泵系統(tǒng)正是以該地下淺層地作為冷熱源，可以克服目前大部分地區(qū)公共建筑所采用的空氣源熱泵存在的建筑物所需負荷與所要求空氣溫度不一致的致命弱點(即冬季熱負荷大時，室外空氣溫度低，夏季冷負荷大時，室外空氣溫度高)。根據(jù)熱力學原理可知：降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度可提高熱泵機組的制熱、制冷系數(shù)。同時，地源熱泵系統(tǒng)無須除霜，減少了冬季除霜的能耗;地源熱泵具有較好的蓄能特性，又可與太陽能或其它熱能形式聯(lián)用改善冬季運行條件。傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)采用風冷或水冷換熱器，換熱環(huán)境直接或間接為大氣，而大氣換熱不可避免的受到環(huán)境條件變換的影響，在夏季，當室外溫度達到40~C時，由于換熱效率降低，冷量將下降20%-40%;在冬季，當氣溫下降到一1O~C時，供熱量將下降到15%-30%，而且要反復地除霜來保證機組的正常運行。據(jù)相關文獻顯示，地源熱泵系統(tǒng)可比空氣源熱泵系統(tǒng)節(jié)能30%～50%，運行費用為普通中央空調系統(tǒng)運行費用的30%-60%。

1.3地源熱泵中央空調系統(tǒng)特點

地源熱泵技術具有極好的節(jié)約效果，可以有效地提高一次能源利用率，適用范圍廣，運行費用低，節(jié)能和環(huán)保效益顯著。

1.3.1低碳節(jié)能

地源或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使

得地源熱泵中央空調系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。冬季運行時，COP約為4，即投入1kw電能，可得到4kW左右的熱能，夏季運行時COP可達到投入1kw電能，可得到4kW以上的冷量，運行費用是傳統(tǒng)中央空調的60%左右;并且埋管熱交換器不需要除霜，減少了結霜和除霜的能耗。

1.3.2環(huán)保

地源熱泵系統(tǒng)利用地球表面淺層的地熱資源，沒有燃燒、排煙及廢棄物，清潔環(huán)保，無任何污染。供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染。與鍋爐電能、燃料系統(tǒng)比擬，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70-90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省約二分之一的能量;因為地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10-25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5~4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵比擬，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50~60%。

1.3.3可再生

土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用;夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證了大地熱量的平衡。

1.3.4一機多用，投資少

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調制冷，還可提供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的中央空調相比，其一次性投資可節(jié)省15%～25%。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量的能量，而且用一套設備可以同時滿足供熱、供冷、供生活用水的要求，減少了設備的初投資，地源熱泵可應用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。

1.3.5自動化程度高

機組內(nèi)部及機組與系統(tǒng)均可實現(xiàn)自動化控制，可根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求控制機組啟停，達到最佳節(jié)能效果，無需專人看管，節(jié)省人力物力，使每年的維護工作量以及維護費用降低至常規(guī)中央系統(tǒng)的1/5至1/10。

1.3.6環(huán)境效益顯著

地源熱泵中央空調系統(tǒng)的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與常規(guī)電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其他節(jié)能措施減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調裝置減少25%的充灌量。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。

二、地源熱泵空調關鍵技術研究—地熱換熱器設計

推廣應用地源熱泵的技術關鍵和難點在于對地熱換熱器進行性能分析并提出相應的設計計算方法。設置在不同場合的垂直埋管地熱換熱器將涉及不同的地質結構，包括各地層的材質、含水量和地下水的運動等，這些當然都會影響到地熱換熱器的傳熱性能。在設計過程中應盡可能弄清楚這些因素，包括進行現(xiàn)場的測試。

2.1確定建筑物的供熱、制冷和熱水供應的負荷，并根據(jù)所選擇的建筑空調系統(tǒng)的特點確定熱泵的型式和容量。

3.2確定地熱換熱器的布置形式

主要包括水平埋管、豎直埋管或利用天然水體換熱的閉式循環(huán)。從管路的連接上又分為串聯(lián)和并聯(lián)等形式。

2.3選擇塑料管

目前國際上廣泛采用的高密度聚乙烯管材，壁厚推薦按SDR11選取，管徑通常采用20-40mm。管徑的選擇應根據(jù)熱泵本身換熱器的流量要求以及選用的串聯(lián)或并聯(lián)的形式確定。即一方面管中流體的流速應足夠大，以在管中產(chǎn)生湍流以利于傳熱，另一方面該流速又不應過大，使循環(huán)泵的功耗保持在合理的范圍內(nèi)。2.4合理設計分、集水器

分、集水器是從熱泵到并聯(lián)環(huán)路的地熱換熱器的流體供應和回流的管路。

2.5根據(jù)所選擇的地熱換熱器的類型及布置形式，設計計算地熱換熱器的管長

與傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)設計相比，這是地源熱泵空調系統(tǒng)設計所特有的內(nèi)容，而且它也不同于一般的換熱器的設計計算。

三、結論

地源熱泵技術對于改善我國的能源結構、降低傳統(tǒng)能源能耗具有重要意義。由于我國已經(jīng)具備了比較完備的地源熱泵工程技術，大力推廣，使其得到廣泛應用，將有助于我國實現(xiàn)2020年中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%的目標。

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