地源热泵中央空调应用研究

地源热泵中央空调应用研究
摘要：随着市场经济的迅速发展以及人们生活水平的提高,各种住宅区、公共建筑等对空调供热提出较高要求。

在符合人们对舒适度、健康性需求的前提下,树立低碳社会意识,合理应用自然资源,降低能源消耗,已成为当前空调系统应用的必经之路。

在这种情况下，地源热泵中央空调系统应运而生。

本论文重点从低碳节能、环保、可再生等方面对于地源热泵中央空调系统进行了分析。

关键字：地源热泵；节能；建筑能耗；空调系统
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
随着当今传统能源的日趋枯竭及环境污染的加剧，在“节能减排”的国策指导下，地源热泵系统因其显著的节能、环保、高效益用等特点而愈加受到人们的重视。

一、地源热泵中央空调系统特点分析
1.1 认识地源热泵
地源热泵是一种利用浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。

地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。

通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh 以上的热量或冷量。

1.2地源热泵节能分析
地下浅层地相对于大地温度而言，有时间延迟和峰值衰减的作用，所以全年温度比较稳定。

地源热泵系统正是以该地下浅层地作为冷热源，可以克服目前大部分地区公共建筑所采用的空气源热泵存在的建筑物所需负荷与所要求空气温度不一致的致命弱点(即冬季热负荷大时，室外空气温度低，夏季冷负荷大时，室外空气温度高)。

根据热力学原理可知：降低冷凝温度或提高蒸发温度可提高热泵机组的制热、制冷系数。

同时，地源热泵系统无须除霜，减少了冬季除霜的能耗；地源热泵具有较好的蓄能特性，又可与太阳能或其它热能形式联用改
善冬季运行条件。

传统的空调系统采用风冷或水冷换热器，换热环境直接或间接为大气，而大气换热不可避免的受到环境条件变换的影响，在夏季，当室外温度达到40~C时，由于换热效率降低，冷量将下降20％-40％；在冬季，当气温下降到一1O~C时，供热量将下降到15％-30％，而且要反复地除霜来保证机组的正常运行。

据相关文献显示，地源热泵系统可比空气源热泵系统节能30％～50％，运行费用为普通中央空调系统运行费用的30％-60％。

1.3地源热泵中央空调系统特点
地源热泵技术具有极好的节约效果，可以有效地提高一次能源利用率，适用范围广，运行费用低，节能和环保效益显著。

1.3.1低碳节能
地源或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使
得地源热泵中央空调系统比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。

冬季运行时，COP约为4，即投入1kw电能，可得到4kW左右的热能，夏季运行时COP可达到投入1kw电能，可得到4kW以上的冷量，运行费用是传统中央空调的60％左右；并且埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗。

1.3.2环保
地源热泵系统利用地球表面浅层的地热资源，没有燃烧、排烟及废弃物，清洁环保，无任何污染。

供热时省去了锅炉房系统，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。

与锅炉电能、燃料系统比拟，锅炉供热只能将90%以上的电能或70-90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；因为地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10-25℃，其制冷、制热系数可达3.5~4.4，与传统的空气源热泵比拟，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50~60%。

1.3.3可再生
土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证了大地热量的平衡。

1.3.4一机多用，投资少
地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，与传统的中央空调相比，其
一次性投资可节省15％～25％。

特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，地源热泵有着明显的优点。

不仅节省了大量的能量，而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求，减少了设备的初投资，地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

1.3.5自动化程度高
机组内部及机组与系统均可实现自动化控制，可根据室外温度变化及室内温度要求控制机组启停，达到最佳节能效果，无需专人看管，节省人力物力，使每年的维护工作量以及维护费用降低至常规中央系统的1/5至1/10。

1.3.6环境效益显著
地源热泵中央空调系统的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与常规电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其他节能措施减排会更明显。

虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量。

该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

二、地源热泵空调关键技术研究—地热换热器设计
推广应用地源热泵的技术关键和难点在于对地热换热器进行性能分析并提出相应的设计计算方法。

设置在不同场合的垂直埋管地热换热器将涉及不同的地质结构，包括各地层的材质、含水量和地下水的运动等，这些当然都会影响到地热换热器的传热性能。

在设计过程中应尽可能弄清楚这些因素，包括进行现场的测试。

2.1确定建筑物的供热、制冷和热水供应的负荷，并根据所选择的建筑空调系统的特点确定热泵的型式和容量。

3.2确定地热换热器的布置形式
主要包括水平埋管、竖直埋管或利用天然水体换热的闭式循环。

从管路的连接上又分为串联和并联等形式。

2.3选择塑料管
目前国际上广泛采用的高密度聚乙烯管材，壁厚推荐按SDR11选取，管径通常采用20－40mm。

管径的选择应根据热泵本身换热器的流量要求以及选用的串联或并联的形式确定。

即一方面管中流体的流速应足够大，以在管中产生湍流以利于传热，另一方面该流速又不应过大，使循环泵的功耗保持在合理的范围内。

2.4合理设计分、集水器
分、集水器是从热泵到并联环路的地热换热器的流体供应和回流的管路。

2.5根据所选择的地热换热器的类型及布置形式，设计计算地热换热器的管长
与传统的空调系统设计相比，这是地源热泵空调系统设计所特有的内容，而且它也不同于一般的换热器的设计计算。

三、结论
地源热泵技术对于改善我国的能源结构、降低传统能源能耗具有重要意义。

由于我国已经具备了比较完备的地源热泵工程技术，大力推广，使其得到广泛应用，将有助于我国实现2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％—45％的目标。

参考文献：
[1]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例.现代空调，2001.(3).
[2]朱岩，杨历，李中领．地源热泵冬夏季应用的可行性分析．洁净与空调技术.2004，(4)：32-35
[3]王勇．地源热泵的技术经济分析．建筑热能通风空调.2001，(5)：12-13
[4] 卢继龙，彭建国，杨光.土壤源热泵的研究与现状.制冷与空调.2007, 92-95。