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1、地源热泵系统应用经济技术案例分析一、什么是地源热泵张玉廷上海地源中央空调有限公司地源热泵是一种利用地下浅层地热资源( 也称地能，包括地下水、土壤或地表水等) 的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源( 如电能) ，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，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。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量( 如电能) 将吸取的全部热能( 即电能+ 吸收的热能) 一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从
2、而达到吸收低温热源中热能的作用二、地源热泵国内外发展近况地源热泵的历史可以追朔到1 9 1 2 年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组是在1 9 3 8 年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达6 0 。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1 9 7 3 年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。如美国，截止1 9 8 5 年全国共有1 4 ，0 0 0 台地源热泵，而1 9 9 7 年就安装了4 5 ，0 0 0 台，到目前为止已安装了4 0 0 ，
3、0 0 0 台，而且每年以1 0 的速度稳步增长。1 9 9 8 年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的1 9 ，其中有新建筑中占3 0 。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2 0 0 1 年达到每年安装4 0 万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1 百万吨，相当于减少5 0 万辆汽车的污染物排放或种植树1 百万英亩，年节约能源费用达4 2 亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1 7 亿美元。与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥
4、地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管( 埋深 4 0 0 米深) 的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1 9 9 9 年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为9 6 ，奥地利为3 8 ，丹麦为2 7 。我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势
5、；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在5 0 年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1 9 6 5 年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。三、地源热泵特点1 、高效：地温一年四季基本恒定，略高于该地区的年空气平均温度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。2 、节能：冬季运行时，C O P 约为4 ，即投入1 K W 电能，可得到4 K W 左右的热能，夏季运行时，C O P 可达到投入1 K
6、 W 电能，可得到4 K W 以上的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3 - 4 倍；并且理管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗。3 、环保：供热时省去了锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。1 8 84 、节省运行费用：系统的高效率，压缩机的低功耗，使运行费用大幅减少，只有传统方式的2 3 。5 、节省占地空问：省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤场和渣场，节约了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。6 、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
7、物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以各冬用保证了大地热量的平衡。四、地潭热泵工程案倒1 项目概况1 1 建筑概况本工程为华海药业办公大楼，建筑总面积约为8 5 0 0 平方米，空调面积约6 2 0 0平方米，地下一层，地上5 层，集办公室、会议室、实验室等为一体的综合性建筑。1 2 空调概况本工程空调室内均采用风机盘管加新风系统空调室内设计参数：夏季：温度：2 5 - 一2 6 9 C ，相对湿度：5 0 , - - - 6 0 冬季：温度：2 0 “ C相对湿度：5 5 ，- - - 6 5 根据工程特点，集中式空调系统冷热源由地下室机房两台地源热泵提供，其中，一台机组的制冷
8、量为2 0 4 K W ，制热量为2 4 2 K W ；另一台机组的制冷量为9 1 4 K W ，制热量为1 0 2 8 K W ；夏季冷冻供回水温度为7 1 2 ；冬季热水供回水温度为4 5 4 0 。系统大机组配2 台大水泵，小机组配l 台小水泵，小水泵流量是大水泵的5 0 9 6 - 一6 0 ，3 台泵并联，互为备用满负荷运行时间只有1 5 9 6 _ 2 5 。2 地埋管地源热泵系统本工程地处上海市郊区，地下2 m 就有水，土壤湿度大，钻孔造价低，土质的传热、蓄热性能好，根据以往工程经验和数据，针对地质条件以大地作为冷热源，采用地埋管地源热泵系统即满足了用户需常年制冷( 供热) 的要
9、求，又节约能源2 2 土壤热交换布置因本工程建筑周围可供布管的地面较少，采用节约用地面积，换热性能好的垂直埋管形式，2 3 土壤热交换器特点根据建筑自身的冷( 热) 负荷需求及周边可用地面积的条件，本工程钻竖井数量为2 7 2 个，其中每8 孔组成一个回路，每5 川个回路用一集分水器集中；竖直埋管深度为7 0 m ，孔间距3 5 4 m ，孔口直径在1 5 0 m m 左右，孔内直接埋设单U 型d 3 2 3 O P E 管道。3 地源热泵系统土壤热交换器施工3 1 土壤热交换器埋管施工在建筑工程中往往隐蔽工程一旦出现问题难以修复，而对地埋管的施工工艺、施工工序 以及在质检方法上都比隐蔽工程质
10、量级别要求要高。1 ) 管材根据多年的工程经验及目前的管材产品，土壤热交换器的管材选用高密度聚乙稀管( 即 P E ) 管。P E 管耐腐蚀抗老化，柔韧性好。2 ) 钻孔工艺本工程的地质便于钻孔，采用湿式钻井法。3 ) 管路安装a 地埋管施工前应进行地面清理，铲除地面杂草，平整地面；b 地埋管换热系统施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作；c 地埋管道采用热熔或电热熔连接。聚乙稀管道连接应符合国家现行标准埋地聚乙稀给水管道工程技术规程C J J l O l 的有关规定；d 竖直地埋管换热器U 型管安装应在钻孔钻好且孑L 壁固化后立即进行。下管过程中，U 型管内宜充满水，并采取措施使U 型管两
11、支管处于分开状态。竖直地埋管换热器灌浆回填料采用膨润土材料。e 水平地埋管换热器铺设前，沟槽底部应先铺设相当于管径厚度的细沙。回填料应采用细小，松散，均匀且不含石块及土块。回填压实过程应均匀，回填料应与管道接触紧密，且不得损伤管道。4 系统维修冬季、夏季工况使用前，都要进行管路清洗。每个管路各清洗6 0 m i n 。清洗过滤器的污物并清洗室内系统过滤器。5 运行情况该项目在2 0 0 7 年2 - 3 月间调试运行后至今运行良好，夏季室内温度稳定在2 5 “ C ，达到 设计要求6 经济性分析本工程夏季1 2 0 天总耗热量为：1 1 1 8 K W X1 2 0 d 8 h X 3 6 0
12、 0 8 6 0 = 9 2 3 0 2 0 8 0 0 大 卡，为获得这么多热量，选用不同的方式，耗用的燃料不同，燃烧效率不同，能源成本不同。现将本工程夏季运行成本计算如下：能源电- J 器、7 0 H H液化器天然气柴油锅炉风冷热泵地源热泵热值( K J )8 6 0 K J 度1 0 8 0 0 K J K g8 4 0 0 K J m 31 0 3 0 0 K J K g8 6 0 K J 度8 6 0 K J 度热效率0 90 6 5O 6 5O 6 52 54 81 9 1 单价( 元) 0 6jI 3 5 0 l ，1 5l ，3 一j0 6 、0 6 i 泌费用( 元)7 1
13、5 5 2 0，4 6 0 1 9 6 卜2 5 3 5 7 7i4 1 3 6 0 2 | 2 5 7 5 8 7 、l1 3 4 1 6 0I实际运行了一夏季之后，据业主反映，地源热泵实际运行电费比测算略高，达到了节能的要求。因此：通过比较不难发现，地源热泵运行最经济。7 结束语此项地埋管地源热泵系统工程规模较大，凭借多年的设计、施工经验克服破解了遇到的种 种难题，且运转后反馈效果量好，达到了设计效果。通过此典型工程介绍一点经验，希望 作为推广地源热泵系统与大家进行交流!参考文献1 潘云钢高层民用建筑空调设计2 0 0 12 王如竹，丁国良；最新制冷空调技术北京：科学出版社，2 0 0 23 沈红空调冷燕源经济技术比较：建筑热能通风空调，1 9 9 9
