暖通工程師備考知識30

地源熱泵中央空調(diào)機(jī)組工作原理

地源熱泵技術(shù)是利用地球表層的土壤(巖石)和水體(地下水、海洋、河流和湖泊等)吸收太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。

在中央空調(diào)系統(tǒng)中熱泵機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)三用的功能，即冬季以冷凝器放出熱量來供熱采暖，夏季以蒸發(fā)器吸收熱量來制冷，四季可以通過冷凝器端的熱量制備生活熱水，并且夏季以制冷為目的時制備熱水可以認(rèn)為是免費(fèi)的。

地源熱泵中央空調(diào)機(jī)組，是一項(xiàng)高效節(jié)能型、環(huán)保型并能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，它既不會污染地下水，又不會影響地面沉降。

任何一種設(shè)備都有其工作溫度范圍，人也是如此，環(huán)境溫度超過人類的生存范圍，人也無法生存?？照{(diào)與制冷系統(tǒng)也是如此?？照{(diào)系統(tǒng)的溫度工作范圍，在夏季制冷時，冷凝器(室外機(jī))的冷凝溫度是42℃;冬季制熱時，蒸發(fā)器(室內(nèi)機(jī))的蒸發(fā)溫度是-5℃。超過這個這個溫度范圍，夏季時制冷效率降低，冬季時，制熱效率降低。這就是為什么空調(diào)為什么不適合北方冬季制熱的原理。

眾所周知夏季環(huán)境空氣溫度高于當(dāng)?shù)氐牡叵滤⒌乇硭?、土壤的溫度，冬季環(huán)境溫度低于當(dāng)?shù)氐牡叵滤?、地表水、土壤的溫度。土壤相?dāng)一個冷熱源的蓄能器，地下越深，恒溫效果越好。在地下十米以下，無論冬季或夏季，地下溫度都能保持在13℃左右不變。

因此，夏季地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制冷時用地下水將冷凝器冷卻;冬季地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)制熱時用地下水將蒸發(fā)器升溫，這樣，不僅提高了空調(diào)系統(tǒng)的工作效率，同時也提高了空調(diào)的制冷/熱的效果，更主要的是也節(jié)省了能源。據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均可以節(jié)省用戶30%～40%的冬季采暖或夏季制冷空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。

土壤源熱泵空調(diào)也叫地源熱泵空調(diào)，就是在地下埋設(shè)管道作為換熱器，管道與熱泵機(jī)組連接形成閉式環(huán)路，管道中有液體流動通過循環(huán)將熱泵機(jī)組的凝結(jié)熱通過管道散入地下(供冷工況)，或從大地吸取熱量供給熱泵機(jī)組向建筑物供熱(供熱工況)。

土壤源熱泵換熱器有多種形式，如水平埋管、豎直埋管等。這兩種埋管型式各有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境。在中國采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性：節(jié)約用地面積，換熱性能好，可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場、操場等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管，見縫插針充分利用可利用的土地面積。

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是利用地下淺層的熱資源(也稱熱能)，通過少量的高位能源(如電能)，將低溫位能向高溫位能轉(zhuǎn)移，以實(shí)現(xiàn)既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。它與傳統(tǒng)的燃?xì)饣蚝碾娍照{(diào)相比具有熱效率高、管道占用空間小、高層建筑不需要多級壓力箱的優(yōu)點(diǎn)。這種方式是我國大型城市中的發(fā)展趨勢，它具有以下特點(diǎn)：一.節(jié)能、高效地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在提供100單位能量的時候，70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，用于將土壤中的熱量“搬運(yùn)”至室內(nèi)。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)換為熱量供用戶使用，而地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)4.7，因此它要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量，運(yùn)行費(fèi)用為各種采暖設(shè)備的30-70%;由于土壤的溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10℃-20℃之間，其制熱、制冷系數(shù)可達(dá)4.3-5.8，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵(家用窗式和分體式空調(diào)、中央式風(fēng)冷熱泵)相比，要高出40%以上，其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50-60%。

一、由溫控器對熱泵機(jī)組進(jìn)行恒溫控制，根據(jù)室內(nèi)人員的增減及室外陽光直射等負(fù)荷的變化來控制機(jī)組的啟停，將室內(nèi)溫度始終恒定在設(shè)定的溫度范圍，既達(dá)到制冷或供熱的舒適效果又可以避免浪費(fèi)能源，使能源的利用和室內(nèi)環(huán)境的舒適程度的協(xié)調(diào)得到最優(yōu)化。這樣不僅節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，而且便于分層、分區(qū)進(jìn)行控制、計(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)最大節(jié)能。

二.舒適地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)均勻，溫度分布合理，氣流速度小于0.3米/秒，無吹風(fēng)感。噪音小，采取降噪措施后可小于40分貝?？梢栽谌魏螘r間進(jìn)行制冷模式和供熱模式的相互切換，室內(nèi)溫度可以根據(jù)個人的感受在一定的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)設(shè)定。

三.節(jié)省建筑空間、便于運(yùn)行管理沒有冷卻塔和其它室外設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔及附屬的煤場、渣場所占用的寶貴面積，沒有傳統(tǒng)中央空調(diào)集中占地問題，節(jié)省了空間和地皮，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。室內(nèi)系化工泵的系統(tǒng)，故每個區(qū)域內(nèi)的主風(fēng)管道截面高度較小，不會像傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)那樣過多占用建筑內(nèi)的吊頂空間，從而保證每層的使用空間。熱泵機(jī)組，質(zhì)量可靠，沒有大耐腐蝕泵中機(jī)組，無需專人值守，大大減少維修、維護(hù)費(fèi)用?？梢詫?shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立計(jì)費(fèi)，分戶計(jì)量，方便業(yè)主對整個系統(tǒng)的管理。

四.綠色、環(huán)保、無污染地不銹鋼水泵泵空調(diào)系統(tǒng)在冬季供暖時，不需要鍋爐，無燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放，既保護(hù)了環(huán)境，又可遵守《全球氣候公約玻璃鋼泵美國地?zé)岜脜f(xié)會提供的報告，僅美國肯塔基州路易斯威爾市總建筑面積15.8萬平方米的高特豪斯飯店地源熱泵系統(tǒng)，每年可減排CO2 849噸;SO2 塑料泵.97噸;NO2 14.98噸;微塵 2.49噸。在夏季制冷時也是將熱量轉(zhuǎn)移到地下，沒有任何氣體排放到大氣中，如果得到廣泛應(yīng)用將可以大大降低溫往復(fù)泵緩全球變暖的進(jìn)程。

五.低運(yùn)行費(fèi)用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的低運(yùn)行費(fèi)用。維修量極少，使用壽命和建筑物同期，折舊液下泵和維修費(fèi)也都大大低于傳統(tǒng)空調(diào)。自動化程度高，無需專業(yè)人員操控。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的供暖和制冷費(fèi)用只相當(dāng)于普深井泵調(diào)系統(tǒng)供暖和制冷費(fèi)用的30-70%。

六.應(yīng)用靈活、安全可靠、用途廣泛地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，可用于新建工程或擴(kuò)建、改潛水泵工程，可逐步分期施工。熱泵機(jī)組可靈活地安置在任何地方，節(jié)約空間。同時，地源熱泵無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用?？蔀檗k公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、自吸泵超市、幼兒園、別墅、居民小區(qū)等各類建筑物提供冷暖兩用空調(diào)系統(tǒng)，并可同時提供生活熱水。