復合式地源熱泵工程應用分析

張宏弢，胡海艦，趙 龍

昆明理工大學，云南昆明 650051

0 引言

節能和環保是關系到21世紀國民經濟可持續發展的兩個重要課題。當今社會，環境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事，冬季鍋爐供暖所造成的大氣污染、夏季空調制冷的高能耗問題越來越突出。如何解決這一問題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環保和節能為主要特征的綠色建筑及相應的空調系統應運而生，而地源熱泵系統正是滿足這些要求的新興中央空調系統。

1 地源熱泵與傳統空調形式對比

地源熱泵技術是可再生能源的開發和利用技術，是從土壤、地下水、海水等低品位熱源中提取熱量，轉換成高品位清潔能源，來提供供暖熱源或空調冷源的地源熱泵系統。熱泵系統能效比可達1：4～1：5，即輸入1KWh的電能，可輸出4～5KWh的熱能，其中另外3KWh～4KWh的熱量來自免費的天然能源，效率遠遠高于其它形式的供熱方式。采用地源熱泵技術，不燃燒任何燃料，是一種極為清潔的能量轉換方式，真正做到了零污染、零排放，可以大幅度降低用戶的能源使用費用，同時也大量取代燃煤鍋爐，解決了環保的壓力。

2 地源熱泵系統存在的熱堆積現象及工程解決方案

夏季，地源熱泵系統從室內吸收熱量排放到土壤中；冬季從土壤中提取熱量來加熱室內空間。當夏季冷負荷大于冬季熱負荷，即夏季向土壤中排出的熱量大于冬季從土壤中吸收的熱量時，就出現了熱堆積現象。長期的熱堆積使土壤溫度上升，降低了地源熱泵系統的換熱效率，同時也破壞了生態環境。因此，在地源熱泵系統的設計過程中，應當考慮系統冬夏季的負荷平衡問題，必要時利用輔助設備來實現熱量的平衡。

3 復合地源熱泵系統節能及環保性

本工程采用2臺968kW螺桿式地埋管熱泵機組，根據美國ARI標準和中國行業標準JB/T4329-97，結合本建筑物的使用功能，滿負荷運行系數取0.6。 夏季制冷按90天，冬季制熱按120天，地源熱泵機組每天運行10小時計算。

式中：QZL為熱泵機組夏季總制冷量（KWh）；Q1為熱泵機組單位時間制冷量（kW）；

t1為熱泵機組每天運行時間（ h）；

T1為制冷運行天數（d）；

n1為滿負荷使用系數；

代入公式（3.1）得夏季總制冷量為1045440KWh

式中：WZL為制冷季系統總耗電量，KWh；

W2為熱泵機組總輸入功率，kW；

W3為水泵總輸入功率，kW；

t2為熱泵機組夏季每天運行時間，h；

T2為制冷運行天數（d）；

n2為平均使用系數；

代入公式（3.2）得夏季制冷總耗電量為312120KWh

式中：QZR為熱泵機組總制熱量（KWh）；

代入公式（3.3）得冬季總制熱量為1355040KWh

式中：WZR為制熱季系統總耗電量，KWh；

代入公式（3.4）得冬季制熱總耗電量為491040KWh

整個熱泵系統能效比為：

熱泵系統全年總的制冷、制熱量為280.056萬KWh，熱泵系統的能效比為3.2，所以本項目熱泵系統的節能量為192.5萬KWh。

根據1萬KWh折標準煤為3.57噸，則本項目熱泵系統每年的節煤量為

通過減少常規能源的消耗，可再生能源系統可以有效減輕對環境的負面影響。地源熱泵系統在工作過程中不會向環境產生任何排放物，也不會對地下水產生污染，通過可再生能源對常規能源的替代，本工程實施后每年可以減少CO2排放量1821.5t，減排SO2量為5.66t。

4 結論

通過計算顯示，由于吸/放熱的不平衡性，導致循環液進入機組的溫度過高，偏離了土壤源熱泵運行的工況范圍，為保證土壤的熱穩定性，土壤源熱泵換熱器的換熱性能及系統的運行效果，應采用冷卻塔輔助散熱，從而改善地下換熱情況，平衡土壤散熱與吸熱。同時，采用復合地源熱泵系統可有效減少常規能源的消耗，保護生存環境。

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