地埋管地源热泵系统和锅炉的使用对比分析

地埋管地源热泵系统和燃气锅炉（燃气热水机组）在天津及北方地区的冬季使用对比分析

北方地区大型建筑设计在冬季供热方式上的选型取决于：1、初投资2、建筑的绿色LEED认证机构认可；3、可靠性；4、稳定性；5、运行费用；6、维护容易。

尽管有很多方式可用来提供冬季供热，但是北方地区超大建筑一般选择水源热泵空调和燃气锅炉这两种供热模式。

下面就这两种供热形式在这几个方面做出分析。

一、选型

1、水源热泵空调

1.1概述

水源热泵空调基于节能的理念被设计和使用，其实是夏季能供冷、冬季能供热的特殊制冷机，主要适用于有自然江河湖泊的温热带地区，取水口在江河湖泊的深处，受环境温度影响小，制冷制冷效果好，实现节能减排。地埋管热泵是水源热泵的拓展使用，分为地埋管地源热泵，土壤源热泵、大地耦合式热泵

①竖直埋管式地源热泵，见图3；

②水平埋管式地源热泵；

③竖直埋管＋水平埋管式地源热泵。

图1 地下水地源热泵图2 湖水源热泵图3 地埋管地源热泵

1.2工作原理

地下水源热泵因地下水位不稳定、沉降问题以及回灌井问题，越来越被限制使用。而地埋管热泵越来越得到推广和使用，其工作原理为：

地埋管热泵是地下水热泵在中国地区使用的一个创新，在许多间距为5～8m，深度约为100m～300m左右的井孔中埋入∮32mm的PE管（竖直埋管式）；PE管与机房中的设备相连接，循环水经PE管系统与地层岩土的热交换实行夏供冷、冬供热。理想状态下，夏季供冷时，地源水做为热泵机组的冷却水进出冷凝器，把冷凝热带回地下的PE管换热器中的循环水，使之与PE管周围的土壤进行热交换，实现冷却塔的散热功能。因为不受室外温湿度影响，夏季制冷效果良好。冬季供热时，地源水则做为热泵机组的热源水进出蒸发器，由于放出热量而降低了温度的地源水又回到地下PE管换热器中，并使之与PE管周围的土壤进行热交换，因受地面环境温度影响少，热泵机组的冷凝器会产出45℃～60℃的热水进行供热。

1.3容易出现问题

因地埋管热泵的环保性和节能性，在很多项目上得到推广和使用。然而，由于地埋管系统采用地耦井铺设循环水管路，存在以下工程隐患：

1）施工人员的技术水平与新国标《地源热泵系统工程技术规范》的规定相差甚远，基本只是简单地打压检漏。在使用过程中地耦井内的PE管一旦破裂，地层泥沙渗进来，影响系统使用。维修地耦井中的PE管，成本非常高昂。

2）设计方和建设方对于地耦井铺设区域地质结构和热平衡问题缺乏专业的技术支持，简单划片施工，在施工过程中因地质问题地耦井经常无法按设计间距施工，地耦井内PE管散热效果会受到影响。

3）缺乏有效的施工管理措施也决定了地埋管施工是否能够达到设计标准。

4）在地埋管系统使用过程中，PE管内循环水厌氧菌和厌光菌的存在会产生管内生物污垢膜，影响换热效果（肉眼观察，白色的PE管逐渐变黑）。热泵使用效果逐年衰减已经是不争的事实。

5）地埋管热泵系统要求夏季向土壤中散热与冬季从土壤中吸热达到平衡，才能不影响土壤的热平衡。这就要求在热泵使用过程中，控制冬季和夏季的使用时间基本持平。

6）地埋管热泵系统对于用户侧循环水流量要求非常严格，任何微量增大或减少都需经过生产厂家和设计单位详细计算才能实行，在天津地区出现过很多因

为用户末端空调设备改造需要水量调整而水（地）源热泵厂家不同意的纠纷，越来越多的建设方发现了地源热泵的使用限制。

但是因为热泵生产厂家因为商业利益驱动采用多种营销方式进行推广，所以水地源热泵在北方地区还是出现了很多初次使用的用户。

2、燃气锅炉（或燃气热水机组）

锅炉供热是北方地区传统的供热方式，中小型燃气锅炉类型及结构如下：

燃气热水锅炉是指以天然气，液化气等可燃性气体为燃料，全自动供应热水以满足人们的采暖、洗浴等生活需要的锅炉。随着环境保护与节能减排意识在全社会的不断深入，锅炉及采暖系统的能源结构也呈现出相应的变化。燃气热水锅炉因其具有的节能，环保．安全与自动运行等特点受到了广泛的关注，目前已逐步取代传统的燃煤锅炉，成为了城市的主要供暖方式。

有效利用节能技术降低锅炉的运行成本，在安全运行的前提下，尽可能延长其使用寿命，是锅炉选型的重要内容。

一般说来，燃气热水锅炉的种类很多，如按用途可分为采暖型与洗浴型；按构造可分为常压式和承压式；按结构可以为分为立式和卧式等，各种类的燃气热水锅炉虽然在其构造与外形上有一定区别，但其工作原理和运行模式大体一致，因此其节能技术也相对具有普遍性。

2.1实现燃气热水锅炉的节能运行，

首先必须提高锅炉组(群)的运行效率，组(群)的运行效率首先是由每台锅炉

的平均运行效率决定的，因此应选配比例调节燃烧机，并保证其安装规范、到位，确保在30％～100％负荷工况下，锅炉平均运行效率接近额定效率。

其次，由于每次锅炉启、停都要经过吹扫，消耗燃气；而待机时间内，锅炉要面临较大的热量损失，因此应尽可能减少供暖期内各锅炉的启、停次数和待机时间，以提高群(组)的季节效率。

此外，还应考虑以下几方面的问题：燃气锅炉的非机械故障抢修相对简单，因此可不设备用锅炉；由于燃气锅炉在满负荷状态下具有较高的排烟温度，因此应避免其在此状态下工作，以减少不必要的热损失；多台锅炉运行时，应采用集控系统进行统一的监测和管理。在提高管网输送效率方面，由于外管网的水平失调和室内供暖系统的垂直失调损失的热量所占比例很大，因此应采用水力平衡系统和室温调控系统。

2.2选型中的节能问题

在锅炉的选型中，应首先对用户进行实际热需求量进行调查，并掌握相关地区的锅炉排放要求。在热需求量确定后，按不同型号锅炉的标准蒸发量进行选择，并考虑不同气源条件下锅炉的热值与压力等参数。选型环节中的节能关键在于：应使锅炉在组合后具有良好的可变负荷调节能力并使其最低负荷与最小出力相匹配。

2.3运行中的节能技术

目前较常见的燃气锅炉供热节能技术常由气候补偿系统、烟气冷凝热回收系统、水力平衡系统、气候补偿系统是由两级泵系统和电动三通阀、直供系统混水器、间供系统换热器以及气候补偿器所组成的。该系统可根据室外温度的变化控制和调节供水温度，避免用户室温过高，能耗增加，并能实现对运行曲线的自动分段调整；根据每个锅炉房的设备和围护结构状况，随时调整二次用户的供水温度，并使锅炉在较高的回水温度下运行，避免冷凝水的出现，防止锅炉腐蚀。烟气冷凝热回收系统则通过烟气系统、水系统与烟气冷凝热能回收装置将锅炉的排烟温度降至70℃以下，数据显示，通过降低烟温并将水蒸气冷凝成水，可综合提高锅炉效率的3％～8％，使其热效率高达95％以上。燃气锅炉房供热集控系统是通过对每台锅炉的各种参数和整个供热系统参数的计算，得出理论锅炉负荷值，并以此为依据调整锅炉的实际负荷数以及开启锅炉。通过微机对锅炉实施