地源熱泵系統(tǒng)用于中央空調(diào)的優(yōu)勢及節(jié)能環(huán)保性分析

  隨著空調(diào)行業(yè)的發(fā)展，先進的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，地源熱泵中央空調(diào)在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮著越來越重要的作用。人們對地源熱泵空調(diào)的要求也在不斷提高，節(jié)能、環(huán)保、靈活已成為未來的共同目標。

  本文介紹了地源熱泵系統(tǒng)的組成和原理，在投資回報、運行性能、設(shè)備管理、使用壽命等方面與其他中央空調(diào)進行了比較和分析，充分討論了地源熱泵工程在節(jié)能環(huán)保方面的綜合優(yōu)勢。

  地源熱泵系統(tǒng)的組成及運行原理

  1.由地源熱泵系統(tǒng)組成

  地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由地下?lián)Q熱器、地源熱泵機組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱、空調(diào)終端設(shè)備和室內(nèi)溫度控制器組成。熱泵室配備地源熱泵機組、水泵、固定壓力補水裝置和加藥設(shè)備?？照{(diào)末端由新風機組、風機線圈、回風口和安全控制器組成。

  1.2 地源熱泵運行原理

  冬季，埋管地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的封閉管道組成的地下熱交換器，從地球上收集自然界的低溫熱量，然后通過循環(huán)水將熱量帶入地源熱泵機組，提高水溫，并通過終端設(shè)備將熱量送入室內(nèi)。夏季，地源熱泵系統(tǒng)將室內(nèi)熱量排入環(huán)路并被地球吸收，房屋獲得冷量。

  地源熱泵的特點

      (1)地源熱泵系統(tǒng)可充分利用土壤、河流、湖泊、海水、污水中的低熱能進行循環(huán)再生，實現(xiàn)建筑物的采暖和冷卻。

      (2)地源熱泵比風冷熱泵節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能70%。比燃氣鍋爐高48%。系統(tǒng)配置良好的熱泵機組的制冷系數(shù)（COP）可達到5.0以上，即輸入1千瓦電能，輸出5千瓦冷量，運行成本低。

      (3)地源熱泵系統(tǒng)的運動部件比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)少，從而減少了維護量。機組一般采用標準部件，維護方便。終端設(shè)備的空氣濾網(wǎng)和冷凝水盤需要經(jīng)常清洗。

      （4）地源熱泵系統(tǒng)在運行過程中不需要燃燒燃料，因此不會產(chǎn)生有毒氣體和污染物，也不會發(fā)生爆炸。冬季地源熱泵系統(tǒng)不需要鍋爐，無燃燒產(chǎn)品排放，可大大降低溫室氣體排放。根據(jù)美國地熱協(xié)會提供的報告，肯塔基州路易斯維爾只有15個建筑面積.高特，8萬平方米.豪斯酒店地源熱泵系統(tǒng)每年可減排CO2849噸；SO219.97噸；NOX14.98噸；微塵2.49噸。2010年世界達沃斯論壇主會場-新建9.8萬m天津梅江會展中心地源熱泵工程污染物排放比常規(guī)空調(diào)供熱減少70%。

      （5）該系統(tǒng)可廣泛應用于辦公樓、酒店、學校、公寓、醫(yī)院、酒店、購物中心、別墅等場所。在處理冬夏熱平衡的基礎(chǔ)上，甚至在寒冷或熱帶地區(qū)。

  中央空調(diào)地源熱泵的綜合優(yōu)勢

  3.1 一機多用

      地源熱泵可以完全取代冷水機組 鍋爐兩種設(shè)備，解決供熱制冷設(shè)備分離給用戶帶來的不便，其熱回收功能可以有效地提供大量高質(zhì)量的生活熱水。

  3.2 節(jié)省空間，穩(wěn)定運行

  地源熱泵系統(tǒng)不需要寶貴的地面面積，因為沒有傳統(tǒng)冷水機組的冷卻塔、鍋爐房等室外地面設(shè)備，可以產(chǎn)生額外的經(jīng)濟效益，改善環(huán)境的外部形象。埋地管置于室外地下，既美觀又不占用室內(nèi)空間。室內(nèi)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相同。此外，機組運行條件穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響。即使在寒冷的冬天，加熱也不會衰減，更不用說風冷熱泵冬季運行的霜凍和除霜了。沒有燃煤、燃油鍋爐儲煤、儲油等不衛(wèi)生、不安全的問題。

  3.3 使用壽命長

  一般來說，常規(guī)空調(diào)的設(shè)計壽命是10-15年，燃氣鍋爐為8-10年；地源熱泵系統(tǒng)運行條件穩(wěn)定，地下?lián)Q熱器使用壽命可達50年以上。

  3.4 控制簡單

  根據(jù)用戶的要求，可以降低控制成本。有利于全系統(tǒng)可編程智能遠程中央計算機控制，自動調(diào)整地源熱泵冷卻或加熱處理，實現(xiàn)節(jié)能大化，降低運行成本。還可以設(shè)置顯示和打印設(shè)備，存儲和分析各種加熱、制冷、維護等經(jīng)濟和技術(shù)數(shù)據(jù)，促進系統(tǒng)運行的最佳優(yōu)化。

  3.5 低維護費

  地源熱泵系統(tǒng)，控制人員專業(yè)門檻低。地源熱泵系統(tǒng)無冷卻塔、屋頂風機，壓縮機工作穩(wěn)定，傳統(tǒng)設(shè)備制冷劑壓力過高或過低，維護成本遠低于傳統(tǒng)空調(diào)；一套設(shè)備可實現(xiàn)制冷、加熱、生活熱水三種功能，減少各種制冷、加熱設(shè)備的維護。

      與其他空調(diào)方案相比，地源熱泵的性能

      目前地埋管地源熱泵和地源熱泵VRF分析比較空調(diào)系統(tǒng)、冷水機組 燃油鍋爐、溴化鋰冷熱水機組中央空調(diào)形式如下：

  4.1 初始投資投資和運營成本

  （1）初投資

  地源熱泵：初始投資略高；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)(變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調(diào)系統(tǒng)):初始投資高；

  冷水機組 燃油鍋爐:初始投資相對較少；

  溴化鋰冷熱水機組：初始投資較高。

  (2)運營費用

  地源熱泵：可比一般暖通空調(diào)節(jié)約40%-60%。

  以天津為例，市政熱網(wǎng)冬季取暖費25元/m2，工商用戶36元/ m2(2011年價格)。夏季空調(diào)費約50元/ m2.年費75元/ m2(工商戶86元/ m2)。冬季地源熱泵供暖費13元/ m2.夏季空調(diào)費12元/ m2.年費25元/ m2。以電價0.6元/kwh一般采暖空調(diào)用電45kwh/ m2.地源熱泵用電量僅為15kwh/ m2。

  (3)節(jié)能效果

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：在不同負荷下調(diào)節(jié)室外機輸入功率和制冷劑流量，達到節(jié)能效果；

  冷水機組 燃油鍋爐：需要制冷機組和鍋爐兩套設(shè)備機組，維護需要專業(yè)人員；

  溴化鋰冷熱水機組：用電量小，由熱能驅(qū)動，能耗比傳統(tǒng)空調(diào)高30-40%，節(jié)能。

  4.2 比較設(shè)備結(jié)構(gòu)和維護管理

  (1)設(shè)備結(jié)構(gòu)

  地源熱泵：一機三用，一機可實現(xiàn)供冷、供熱、供熱，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：一套系統(tǒng)可實現(xiàn)供冷供熱，但生活熱水系統(tǒng)需另配；

  冷水機 燃油鍋爐:結(jié)構(gòu)復雜的兩套設(shè)備需要冷卻和加熱；

  溴化鋰冷熱水機組：一機三用，結(jié)構(gòu)復雜。

      (2)維護管理

  地源熱泵：系統(tǒng)采用自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單，維護成本低；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：隨著管道的延長，對管道材料、制造工藝、現(xiàn)場焊接等的要求也增加，滲漏的可能性增加；

  冷水機組 燃油鍋爐：鍋爐房應設(shè)置安全裝置，壓力容器檢測站應每年檢測，否則不得使用；冷卻塔應定期清洗，維護成本高；

  溴化鋰冷熱水機組：水泵和冷卻塔能耗大，機組全年真空度高，冷量衰減快，維護成本高。

  4.3 機房占地、使用壽命等方面的比較

  (1)機房占地

  地源熱泵：使用水-水機組時，所需機房面積較??；使用水-空氣分散系統(tǒng)只需循環(huán)泵房；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：室外機可采用壁掛式或垂直放置，無需機房，但影響建筑外觀；

  冷水機組 燃油鍋爐：需要冷凍站和鍋爐房；冷卻塔和儲油設(shè)備也需要占用面積；

  溴化鋰冷熱水機組：設(shè)備及機房占地面積大。

  (2)使用壽命

  地源熱泵：使用壽命最長，設(shè)計施工良好的埋管部分可達3.8萬小時以上，地上設(shè)備使用壽命約2.1萬小時；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：一般25000小時左右；

  冷水機組 燃油鍋爐：平均使用壽命約為21000小時；

  溴化鋰冷熱水機組：平均使用壽命約21000小時。

      (3)使用范圍比較

  地源熱泵：埋管系統(tǒng)需要一定的地下面積，或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源；

  VRF空調(diào)系統(tǒng)：適用于對室外美觀要求較低的建筑；

  冷水機組 燃油鍋爐:更適合環(huán)保要求低的地區(qū)；

  溴化鋰冷熱水機組:適用于煤、油(氣)資源豐富的地區(qū)，或熱電廠或其他廢熱地區(qū)。

      (4)其他方面的比較

  地源熱泵：無室外機，不影響建筑美觀，無環(huán)境污染，建筑周圍有一定空間或湖泊、池塘、河流等水源；

  VRF空調(diào)系統(tǒng):主機安裝高度有限。機組不宜設(shè)置過密，否則通風不暢；室外機影響建筑外觀；

  冷水機組 燃油鍋爐：適應性強，但環(huán)境污染，運行維護復雜，鍋爐房需要設(shè)置自動安全報警裝置，對電網(wǎng)影響較大；

  溴化鋰冷熱水機組：節(jié)能、蒸汽等大量余熱、燃油（氣），會造成空氣污染。

  地源熱泵空調(diào)作為一種新型的中央空調(diào)形式，可以節(jié)省建筑空間，提高投資效率，操作維護相對方便，使用壽命相對延長，廢物排放相對較低，在節(jié)能環(huán)保方面具有相當大的優(yōu)勢。在當今的經(jīng)濟和社會效益中，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)將得到越來越廣泛的開發(fā)和應用。

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