地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計與制冷性能分析

1、建筑與飯店管理地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計與制冷性能分析蔣綠林,羅迎賓,徐麗23(1.東南大學,江蘇南京,2100001;2.江蘇工業(yè)學院新能源研究中心,江蘇常州,213016;3.常州格林能源公司,江蘇常州,213000)摘要:介紹了地源熱泵的工作原理,同時結(jié)合工程實際對地源熱泵系統(tǒng)制冷性能進行運行狀況分析,在此基礎上進一步探討了地源熱泵的應用前景。關(guān)鍵詞:地源熱泵;空調(diào)系統(tǒng);制冷性能中圖分類號:TK11.+4文獻標識碼:A文章編號:1004-3950(2007)01-0068-03SystemdesignoftheGSHPandanalysingofrefrigeranatureJIANGLv2l

2、in,LUOYing2bin,XULi23(1.SouthEastUniversity,Nanjing210000,China;2.JiangsuIChina;3.ChangzhouGreenCo.,Ltd,Abstract:Theworkprincipleofgroundsourceheat.Therefrigerationperformanceisanalyzed,accordingtotheactualproject,theprgroundsourceheatpumpisdiscussedonthisfoundation.Keywords:groundpuon;refrigeration

3、nature0前言地源熱泵系統(tǒng)以大地為熱源,通過地下的埋管換熱系統(tǒng)與大地進行熱量的交換。由于地熱源溫度較為恒定,常年維持在18左右,因此系統(tǒng)可分別在夏冬兩季得到相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度;而且只需要消耗少量的能源,就可以得到適宜的溫度。此外,由于地源熱泵系統(tǒng)中的地藕埋管換熱系統(tǒng)在地下運行,從而減小了對地面空氣的熱及噪音的污染;同時由于它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣,因此是一種理想的1-2綠色技術(shù),符合當前可持續(xù)發(fā)展的要求。1地源熱泵工程案例工程位于江蘇省張家港市,建筑類型屬辦公2樓性質(zhì)。建筑面積約350m,空調(diào)面積約2502m,建筑為東西向兩層樓結(jié)構(gòu),層高約3m。張家港地區(qū)冬季空調(diào)

4、室外計算溫度為零下5;夏季空調(diào)室外計算溫度為33;未受干擾的地下溫度為18。從節(jié)能環(huán)保的角度考慮,該工程決定采收稿日期:2006-10-08作者簡介:蔣綠林(1965-),男,江蘇常州人,博士,教授。用地源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)。1.1辦公樓冷熱負荷在系統(tǒng)選擇、設備選型及進行地源熱泵系統(tǒng)設計之前,必須對建筑物的冷熱負荷進行計算。計算時首先進行空調(diào)分區(qū),然后確定每個分區(qū)的冷熱負荷,最后計算整幢建筑總冷熱負荷。參考空調(diào)系統(tǒng)設計手冊,結(jié)合辦公樓的建筑結(jié)構(gòu)特點,利用建筑能耗模擬軟件Energy2Plus對整幢辦公樓進行冷熱負荷計算,總冷負荷為45kW,熱負荷為30kW。1.2U型地藕埋管換熱器根據(jù)國內(nèi)外資料

5、推薦的理論數(shù)據(jù),結(jié)合工程實際經(jīng)驗,采用單U型豎直埋管形式,管材采用目前國際上廣泛使用的高密度聚乙烯管(PE3408)。地熱換熱值可以按照國外設計文獻中推薦的每米鉆孔深度傳熱量1742W/m計3算。根據(jù)張家港地區(qū)的氣候條件和地理特點,適宜選取35W/m?？紤]到埋管循環(huán)液現(xiàn)階段多數(shù)采用純水,其凝固點0,設計進入熱泵循環(huán)液最低溫度為7;設計中額定冷熱負荷滿負荷持-建筑與飯店管理續(xù)運行時間為4h;因此,垂直埋管總長度設計約為1100m,地熱換熱系統(tǒng)總計需要60m深豎井9口可以保證換熱。1.3埋管周圍的土壤結(jié)構(gòu)表1系統(tǒng)冷凍水及冷卻水測溫結(jié)果測試時間8:008:158:308:459:009:159:30

6、9:4510:0010:1510:3010:4511:00冷凍水出水15141313131212111110987根據(jù)現(xiàn)場的土壤試樣,地下3m左右均為回填土,60m以上均為花崗巖,有少量的地下水。為使得埋管與周圍土壤良好接觸以保證均勻的換熱效果,必須進行泥漿回填。當?shù)剡h端未受干擾巖土層溫度為18,當?shù)貛r土的類型可參考當?shù)氐刭|(zhì)勘探局提供的相關(guān)數(shù)據(jù),設計階段巖土平均導熱系數(shù)按照1.2W/(mK)計算,巖土體積比3熱為2000kJ/(mK)。1.4地源熱泵主機根據(jù)空調(diào)冷負荷,選擇MSR2J150H/V型美國美意整體式水源熱泵;在標準設計工況條件下(夏季:埋管側(cè)進/出水溫度為25/30,負荷側(cè)進/出水

7、溫度為12/7;冬季:埋管側(cè)進/度為10/5,負荷側(cè)進/出水溫度為,名義制冷量為45.9kW,2k,能耗比COP值約為.51。室,選擇相應的風機盤管。由于辦公樓建筑裝潢吊頂空間較小,因此選擇超薄型吊頂暗裝風機機組。同時設置25L膨脹水箱用于系統(tǒng)的運行補水。冷卻水進水25.024.724.124.023.523.423.122.922.922.722.722.522.5冷卻水出水373636353534343434333332冷凍水進水222019181816161515151312121,冷凍水的5的要求,制冷效果符合國際。室內(nèi)溫度的變化如表2。表2室內(nèi)溫度的變化測試時間8:008:309:0

8、09:3010:0010:30冷凍水進水221918161513冷凍水出內(nèi)溫度323028262524從測試結(jié)果可以看出,系統(tǒng)運行2h左右,室內(nèi)溫度整體降低到25左右,完全符合設計要求。再繼續(xù)開啟熱泵系統(tǒng)1h左右,室內(nèi)溫度可以達到24。從表1和表2還可以看出,隨著熱泵啟動時12地藕埋管換熱器;22地源熱泵主機;32底層風機盤管;42二樓風機盤間的延續(xù),冷凍水的溫降趨勢逐漸明顯。而冷卻水在比較平緩的趨勢下保持著靜態(tài)的平衡。室內(nèi)溫度在初期較為劇烈的動態(tài)變化之后,也趨向于2425的平衡。而這一個降溫過程的周期為2.5h,略低于空調(diào)的降溫趨勢。管;52排氣閥;62膨脹補水箱;

9、72負荷側(cè)循環(huán)泵;82水源側(cè)循環(huán)泵圖1地源熱泵系統(tǒng)原理圖2制冷測試結(jié)果與分析2.1制冷性能實測與分析不過從實測數(shù)據(jù)也可以看出,由于室外的溫度不是一個穩(wěn)定的動態(tài)變化,因此,要保證測試數(shù)據(jù)在安全穩(wěn)定的狀態(tài)幾乎是不可能的。在整個測試過程中,每組數(shù)據(jù)都取15min間斷的平均值,而2007年,第1期通過負荷側(cè)和水源側(cè)的熱敏溫度探頭,分別對地源熱泵系統(tǒng)的冷凍水和冷卻水進行測量。結(jié)果見表1。-建筑與飯店管理不采用瞬態(tài)數(shù)值,從而總體上降低數(shù)據(jù)實測誤差。2.2經(jīng)濟性分析通過對地源熱泵系統(tǒng)制冷工況條件下進行為期10d的實測,平均輸入功率為11.3kW,制冷量按照名義制冷量45.9kW計算,平均能耗比COP值為4.

10、06。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)每天運行8h,每天總耗電量為90.4kW,制冷天數(shù)約100d,按照工業(yè)用電0.85元/kWh計算,年制冷費用為7500元。對比目前采用較廣的小型VRV中央空調(diào)系統(tǒng),其制冷能耗比COP值約2.65,因此,年制冷運行費用11500元。由此可見,采用地源熱泵系統(tǒng),僅制冷季節(jié)就可以節(jié)約4000元左右的運行成本。如果結(jié)合制熱運行工況,則可年節(jié)約費用7500元左右。2此地源熱泵系統(tǒng)初投資約350元/m,略高2于VRV系統(tǒng)的300元/m,但是可以在2a回高出VRV系統(tǒng)部分的初期投資分析狀況見圖2。圖2地源熱泵與VRV系統(tǒng)的經(jīng)濟性比較當外界環(huán)境溫度高于37時,地熱溫度約高2,室內(nèi)溫度

11、難以保持在2425的人體適宜范圍。因此可以看出,隨著冷凝溫度,。,具,因此,在我國夏熱冬冷的地區(qū)具有積極推廣的意義。參考文獻:1賀平,孫剛.供熱工程M.北京:中國建筑工3結(jié)論冷的通用標準。制暖數(shù)據(jù)沒有監(jiān)測,無法輕易結(jié)論。從空調(diào)工況的制冷性能分析以及工程經(jīng)驗判斷,系統(tǒng)應具有較高的制熱性能。業(yè)出版社,1999.2蔣漢文.熱工學M.北京:高等教育出版社,1990.3鄭祖義.熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設計與創(chuàng)新M.華中理工大學出版社,1994.報道中標協(xié)發(fā)布鮮風空調(diào)標準自1998年我國首臺負離子健康空調(diào)問世以來,健康作為空調(diào)業(yè)的發(fā)展主題已日漸深入人心,同時也成為空調(diào)行業(yè)爭論不休的話題。消費者到底需要什么樣的健康空

12、調(diào)?什么樣的空調(diào)才是真正健康的?這個困擾消費者和空調(diào)行業(yè)八年的難題現(xiàn)在終于迎“刃”而解了。2006年12月28日,中國標準化協(xié)會(以下簡稱中標協(xié))在北京正式發(fā)布了中國鮮風空調(diào)標準。這部標準結(jié)合日韓等發(fā)達國家最先進的健康技術(shù)規(guī)范,以消費者對“不用開窗、保溫加氧、四季清新”的需求為基點,引進海爾空調(diào)自主創(chuàng)新的鮮風技術(shù)標準,從空調(diào)換風、凈化、負離子三項技術(shù)對實現(xiàn)的含氧度、潔凈度和清新度進行了A、B、C三個等級的劃定。上世紀末健康逐漸成為全球空調(diào)的新趨勢。但由于空調(diào)健康標準的缺失和廠家健康技術(shù)的參差不齊,1998年至今,層出不窮的健康空調(diào)令消費者如墜云霧,其偽難辨。我國空調(diào)健康標準的空白也令健康空調(diào)的發(fā)展陷入一個徘徊不前的尷尬局面。中標協(xié)理事長李忠海表示,中國鮮風空調(diào)標準是從消費者的需求出發(fā),從室內(nèi)空氣含氧度、潔凈度和清新度三方面對健康空調(diào)的效果進行了嚴格定義,從此不僅讓廠商有標可循,消費者有據(jù)可依,更讓我國的空調(diào)市場徹底擺脫無序競爭的混亂狀態(tài),快速加入到世界家電強國的健康空調(diào)推廣普及行列。海爾