地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)解決方案

[轉(zhuǎn)載]地源熱泵中心空調(diào)系統(tǒng)解決方案(2010-07-3100:31:22)地源熱泵中心空調(diào)是一種將熱量排入地表層或從地表層汲取熱量的中心空調(diào)，它包括了運(yùn)用土壤、地下水和地表水作為熱源和冷源的系統(tǒng)。它的原理是在高位能的拖動(dòng)下，將熱量從低位熱源流向高位熱源的技術(shù)。它可以把不能干脆利用的低品位熱能(如空氣、土壤、水、太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等)轉(zhuǎn)化為可利用的高位能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能(煤、石油、自然氣、電能等)的目的。能源與環(huán)保是人類生存和發(fā)展的兩大主題，是全球關(guān)注的問(wèn)題。節(jié)約能源、愛(ài)護(hù)環(huán)境是基本國(guó)策，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)已經(jīng)是全社會(huì)的共識(shí)。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，削減建筑物采暖造成的大氣污染，降低中心空調(diào)系統(tǒng)的能耗，大力推廣運(yùn)用包括可再生能源的清潔能源，是21世紀(jì)我們追求的目標(biāo)。眾所周知：中心空調(diào)系統(tǒng)的熱泵效率與建筑物室內(nèi)和室外環(huán)境的溫差有關(guān)，溫差越小，熱泵的效率越高。有探討表明，從熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行中除霜的角度來(lái)看，空氣源熱泵的運(yùn)用不但與室外溫度有關(guān)，而且與室外大氣的相對(duì)濕度有親密關(guān)系，這大大限制了它的運(yùn)用范圍。采納地源熱泵系統(tǒng)，由于土壤的溫度比室外空氣溫度更接近室內(nèi)的溫度，因此地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以比空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有更高的效率和更好的牢靠性。此外，因?yàn)橄嗤w積流量水的熱容是空氣的3500倍，水與制冷劑的換熱效果遠(yuǎn)好于空氣與制冷劑的對(duì)流換熱，因此地源熱泵的換熱盤管要比空氣源熱泵小得多且地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)件較少使其運(yùn)行費(fèi)用可以降低。總的來(lái)說(shuō)，地源熱泵中心空調(diào)比傳統(tǒng)中心空調(diào)相比較有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：?1）高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低。?與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70—90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量供用戶運(yùn)用，而地源熱泵供應(yīng)應(yīng)用戶的熱量中，70%的能量來(lái)源于土壤，30%的能量來(lái)自電能，因此，它要比電鍋爐加熱節(jié)約二分之一以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)約三分之二以上的能量；由于地源熱泵的熱（冷）源溫度較為穩(wěn)定，一般為10—25℃（如北京地區(qū)約為15℃、上海地區(qū)約為18℃），故無(wú)論是制熱還是制冷，與傳統(tǒng)風(fēng)冷空調(diào)（家用分體式和中心式）相比，其能源效率要高出40-50%左右，而且，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，使能源利用和室內(nèi)環(huán)境舒適度的協(xié)調(diào)達(dá)到最優(yōu)，從而在以人為本的前提下更有效地節(jié)約能源。2）利用可再生能源，環(huán)保效益好。?地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所利用的地?zé)豳Y源是地表淺層中隱藏的低溫位熱能，地表淺層通常小于400米深，隨著季節(jié)的改變而收集了47%的太陽(yáng)能，這種地能超過(guò)人類日常利用能量的500倍，是一種不受地域限制的取之不盡的可再生能源。?地源熱泵系統(tǒng)在供溫煦制冷時(shí)，無(wú)燃燒、無(wú)排煙、無(wú)廢棄物，不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，也無(wú)任何氣體排放到大氣中，環(huán)境效益顯著，如能得到廣泛應(yīng)用，則可大大降低溫室效應(yīng)，減緩地球變暖進(jìn)程。3）運(yùn)行平安穩(wěn)定，牢靠性高。?可由溫控器或遙控器對(duì)熱泵機(jī)組進(jìn)行限制，使室內(nèi)溫度按須要調(diào)整在設(shè)定的溫度范圍；空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)勻稱，噪音小、舒適性好；熱泵機(jī)組體積不大，可依據(jù)建筑物本身結(jié)構(gòu)及用戶要求安裝在室內(nèi)或室外，省去了鍋爐房、冷卻塔、室外機(jī)等室外設(shè)備，無(wú)儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等平安及衛(wèi)生隱患。?系統(tǒng)運(yùn)行牢靠，修理量極少，保證寒冷和酷暑條件下正常運(yùn)行，熱泵機(jī)組運(yùn)用壽命在20年以上，地耦管壽命可達(dá)70年。4）一機(jī)多用、應(yīng)用范圍廣?一套系統(tǒng)可供暖、制冷并供生活用熱水，功能優(yōu)于原來(lái)的鍋爐加空調(diào)加熱水等幾套裝置；可針對(duì)賓館、飯店、寫字樓、商場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校及住宅小區(qū)等建筑物的不同面積和用戶的不同須要進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可廣泛應(yīng)用于新建工程或擴(kuò)建、改建工程項(xiàng)目。?地源熱泵中心空調(diào)系統(tǒng)包括水循環(huán)系統(tǒng)、土壤換熱裝置（打井或埋設(shè)地耦管）、室內(nèi)換熱裝置（風(fēng)機(jī)盤管或原暖氣片利用）及整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的限制裝置，可依據(jù)用戶須要，因地制宜，量身定做，選擇優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)施工；地源熱泵中心空調(diào)系統(tǒng)由于比一般一般中心空調(diào)多地埋管工程施工，所以一次性投資僅略高于一般中心空調(diào)，系統(tǒng)投資價(jià)格一般為600-700元/㎡，但地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用僅為一般中心空調(diào)的一半左右，2年即可收回前期多投資成本。由于地源熱泵中心空調(diào)系統(tǒng)的室外換熱系統(tǒng)全部埋的地表以下，因此，機(jī)組幾乎沒(méi)有任何修理成本，系統(tǒng)維護(hù)成本低。

?地源熱泵中心空調(diào)系統(tǒng)一般由土壤熱泵空調(diào)機(jī)組、室內(nèi)末端設(shè)備和地下埋管換熱器系統(tǒng)三部分組成。?地源熱泵空調(diào)機(jī)組是一種水冷式的供冷/供熱機(jī)組。機(jī)組由封閉式壓縮機(jī)、同軸套管式水/制冷劑熱交換器、熱力膨脹閥（或毛細(xì)膨脹管）、四通換向閥、空氣側(cè)盤管、風(fēng)機(jī)、空氣過(guò)濾器、平安限制等所組成。機(jī)組本身帶有一套可逆的制冷/制熱裝置，是一種可干脆用于供冷/供熱的熱泵空調(diào)機(jī)組。?在冬季，地源熱泵系統(tǒng)通過(guò)埋在地下的封閉管道（稱為環(huán)路）從大地收集自然界的熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶到室內(nèi)。再由裝在室內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內(nèi)。在夏季，此運(yùn)行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內(nèi)抽出的多余熱量排入環(huán)路而為大地所汲取，使房屋得到供冷。尤如電冰箱那樣，從冰箱內(nèi)部抽出熱量并將它排出箱外使箱內(nèi)保持低溫。?地源熱泵機(jī)組采納標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,須要時(shí)各部件的修配和更換很便利。因?yàn)樵O(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，并不須要高技術(shù)的操作工程人員的服務(wù)。唯一須要常常保養(yǎng)的是空氣過(guò)濾網(wǎng)和凝聚水盤的清潔。?系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，敏捷、安裝快速。機(jī)組己在工廠組裝好并自帶溫度限制裝置，現(xiàn)場(chǎng)工作只是少量低壓風(fēng)管、電氣連接裝置和不須要保溫的水管的連接。管道可采納鋼管、銅管或塑料管。修理便利快捷，機(jī)組結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，壽命許久。熱泵機(jī)組的功率系數(shù)(COP)可達(dá)到4以上，即1千瓦電輸入，有4千瓦多冷量輸出的高效率。地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)

?豎直埋管的構(gòu)造?豎直式地?zé)釗Q熱器的構(gòu)造有多種，主要有豎直U型埋管與豎直套管。豎直U型管埋管的換熱器采納在鉆孔中插入U(xiǎn)型管的方法，一個(gè)鉆孔可以設(shè)置一組或二組U型管。然后用封井材料把鉆孔填實(shí)，以盡量減小鉆孔中的熱阻，并防止地面污水流入地下含水層，鉆孔深度一般為60～100米。鉆孔之間的配置應(yīng)考慮可利用的土地面積，兩個(gè)鉆孔之間的距離可在4～6米之間，管間距過(guò)小會(huì)影響換熱器效能?？紤]到我國(guó)人多地少的實(shí)際狀況，大多數(shù)時(shí)候，豎直埋管方式是唯一選擇。采納豎直埋管的換熱器前，每個(gè)鉆孔中可設(shè)置一組或兩組U形管。盡管單U形埋管的鉆孔內(nèi)熱阻比雙U形埋管大30%以上，但實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果均表明：雙U形埋管比單U形埋管僅可提高15%～20%的換熱實(shí)力，這是因?yàn)殂@孔內(nèi)熱阻僅是埋管傳熱總熱阻的一部分。鉆孔外的巖土層熱阻，對(duì)雙U形埋管和單U形埋管來(lái)說(shuō)，幾乎是一樣的。雙U形埋管管材用量大，安裝較困難，運(yùn)行中水泵的功耗也相應(yīng)增加。因此一般地質(zhì)條件下，多采納單U埋管。但對(duì)于較堅(jiān)硬的巖石層，選用雙U形埋管比較合適，此時(shí)每米鉆孔費(fèi)用比每米U形管（包括管件）費(fèi)用高很多，鉆孔外巖石層的導(dǎo)熱實(shí)力較強(qiáng)，埋設(shè)雙U形管，有效的削減了鉆孔的內(nèi)熱阻，使單位長(zhǎng)度U形管的換熱實(shí)力明顯提高，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)上分析都是合理可行的。另外采納雙U形埋管，也是解決地下埋管空間不足的方法之一。豎直埋管的連接方式?地?zé)釗Q熱器各鉆孔之間既可采納串聯(lián)方式，也可采納并聯(lián)方式，在串聯(lián)系統(tǒng)中只有一個(gè)流體通道，而在并聯(lián)系統(tǒng)中流體在管路中可有兩個(gè)或更多的流道。并聯(lián)管路豎直式熱交換器與串聯(lián)管路豎直式的相比，U形管管徑可以更小，從而可以降低管路費(fèi)用、防凍液費(fèi)用；由于較小的管徑更簡(jiǎn)潔制作安裝，因此，可以削減人工費(fèi)用。U形管管徑的減小使鉆孔孔徑也相應(yīng)減小，從而降低鉆孔費(fèi)用。并聯(lián)管路熱交換器中，同一環(huán)路集管連接的全部鉆孔的換熱量基本相同；而串聯(lián)管路熱交換器中，每個(gè)鉆孔的換熱量是不同的，因?yàn)榇?lián)的各個(gè)鉆孔傳熱溫差是不一樣的。采納串聯(lián)還是并聯(lián)取決于系統(tǒng)大小，埋管深淺及安裝成本凹凸等因素。串聯(lián)系統(tǒng)較并聯(lián)系統(tǒng)采納的管道管徑大，而大直徑管道成本也高。串聯(lián)系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)是具有單一流體通道和同一型號(hào)的管道，由于串聯(lián)系統(tǒng)管路管徑大，因此對(duì)于單位長(zhǎng)度埋管來(lái)說(shuō)串聯(lián)系統(tǒng)的熱交換實(shí)力比并聯(lián)系統(tǒng)高。串聯(lián)系統(tǒng)有很多缺點(diǎn)，首先該系統(tǒng)采納大管徑管道，管內(nèi)體積大，須要較多防凍液，管道成本及其安裝費(fèi)用高于并聯(lián)系統(tǒng)；管道不能太長(zhǎng)，否則阻力損失太大以及牢靠性降低。豎直埋管的換熱計(jì)算?1.工程設(shè)計(jì)用的半閱歷公式方法?由于地埋管換熱器中的傳熱過(guò)程是三維非穩(wěn)定的傳熱，影響因素特別困難，很難用簡(jiǎn)潔的公式加以描述和概括，因此在實(shí)際工程中還廣泛采納以半閱歷公式為主的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，主要用來(lái)依據(jù)最大冷、熱負(fù)荷估算地埋管換熱器所需埋管長(zhǎng)度。此外，即使是這種最簡(jiǎn)潔的以半閱歷公式為主的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，因?yàn)槠渲蟹磸?fù)用到指數(shù)積分函數(shù)，對(duì)于工程實(shí)際遇到的多孔的地埋管換熱器，實(shí)際的計(jì)算工作量也太大，以至于也必需借助于適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)軟件進(jìn)行。2.地?zé)釗Q熱器及其概算?概算指標(biāo)：是指單位負(fù)荷（或空調(diào)面積）所需的地埋管量，或者單位地埋管量的熱交換實(shí)力。?地?zé)釗Q熱器方案設(shè)計(jì)概算指標(biāo)地下深層未受干擾時(shí)的溫度與地理位置和距地面的深度有關(guān)。一般地下15米左右的溫度大致等于當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄鶜鉁?，深度每增?0m，地溫約提高1℃。?對(duì)豎直單U形埋管，單位孔深的換熱量可按30～60w/m估算。雙U形埋管在此基礎(chǔ)上增大15%左右。?地埋管總量肯定時(shí)，埋管所需地表面積