地源熱泵與溴化鋰機組的運用

季明

【摘要】 本文闡述了兩種常見的空調(diào)方式及地源熱泵系統(tǒng)及溴化鋰制冷機組的原理、適用范圍、優(yōu)缺點，對地源熱泵系統(tǒng)及溴化鋰制冷機組運用、推廣具有借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】 地源熱泵 溴化鋰機組 優(yōu)缺點 空調(diào)方式

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平和提高，人們的居住質(zhì)量也在發(fā)生著變化，居室內(nèi)要求冬暖夏涼，恒溫恒氧，近幾年來地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)在我國悄然興起，在揚州已有或在建小區(qū)使用這一系統(tǒng)的就有7-8個，如揚州帝景藍灣、河昌運河?xùn)|郡、陽光美第、京杭融園等小區(qū)，紛紛采用地源熱泵系統(tǒng)，并在宣傳廣告中打出許多吸引市民的詞語。但地源熱泵也不是商家所說的那么完美，傳統(tǒng)的采暖制冷系統(tǒng)經(jīng)過若干年的發(fā)展也不是那么一無是處，下面就這兩種不同的小區(qū)集中空調(diào)系統(tǒng)進行一下相關(guān)的比較。

二、兩種系統(tǒng)的特點簡介

2.1地源熱泵系統(tǒng)及工作原理

地源熱泵主要指能夠轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或冷量到所需要的地方。主要利用了地下土壤相對恒溫特點，冬季把熱量從地下轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，夏季再把建筑物內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移到地下。從而實現(xiàn)建筑物內(nèi)冬暖夏涼的效果。

夏季制冷工況；如圖：

制冷時地下水循環(huán)回路作為冷源。冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)，制取7℃左右的冷水，送入房間使用，冷媒再經(jīng)過壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽進入冷凝器，由水回路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終轉(zhuǎn)移到地下水或土壤中。

冬季供暖工況，如圖：

制熱時，地下水循環(huán)回路作為熱源。冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)吸取地下的熱量蒸發(fā)，制冷劑再經(jīng)過壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，進入冷凝器內(nèi)制取40-60℃的熱水。

2.2普通溴化理制冷機組，制冷及管道蒸汽供熱工作原理。

小區(qū)及大型公共場所，目前采用夏季溴化鋰制冷，冬季管道集中供熱也非常普遍。

夏季溴化鋰制冷機組，它的基本原理為：

溴化鋰吸收式制冷機組一般是蒸汽為動力，以水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，抽取 7℃左右的冷媒水。

溴化鋰制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器，蒸發(fā)器、吸收器、循環(huán)泵等幾部分組成。

（如圖3所示）

在溴化鋰制冷機運行過程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到加熱蒸汽的加熱后，溶液中的水為不斷汽化，隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰溶液的濃度不斷升高，濃溶液進入吸收器內(nèi)，另一路水蒸汽進入冷凝器，在冷凝器內(nèi)被冷卻水降溫后凝結(jié)成高壓低溫的液態(tài)水，當(dāng)冷凝水通過節(jié)流閥進入蒸發(fā)器時，因急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫水蒸汽進入吸收器，被吸收器內(nèi)溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個循環(huán)，如此不斷循環(huán)，連續(xù)制取冷量。取出的冷量通過冷媒水送入的需要的建筑物內(nèi)。

冬季采曖，由周邊熱電廠或鍋爐提供蒸汽，進入熱交換器內(nèi)直接給熱媒水加熱，送入所需的建筑物內(nèi)。

三、地源熱泵與溴化鋰機組的特點比較

3.1地源熱泵的優(yōu)點

3.1.1運行成本低，節(jié)能效果明顯

地表淺層的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境溫度高、夏季比環(huán)境溫度低，這種溫度特性使得地源熱泵比一般空調(diào)系統(tǒng)的運行效率要高出40%～60%，因而節(jié)能和節(jié)省運行費用40%～50%左右。

3.1.2 地源熱泵系統(tǒng)，環(huán)保效果明顯

地源熱泵系統(tǒng)運行一般是封密式循環(huán)，沒有污染物排放，冷熱量在地下交換，貯存起來，待換季后再利用，因而對環(huán)境的影響非常小。

3.1.3沒有熱源點及冷卻塔，適用范圍廣，節(jié)省空間。

3.1.4地源熱泵維護成本低，使用壽命長

因為地源熱泵機械運動部件非常少，系統(tǒng)部件要么埋壓地下，要么在室內(nèi)安裝，不受外界氣候影響。因而維護成本較低，一般設(shè)計運行15年以內(nèi)無需大修，這大大高于其它空調(diào)設(shè)備。

3.1.5地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐、空調(diào)兩套裝置。

3.2 地源熱泵系統(tǒng)的缺點

3.2.1初資成本高

由于地源熱泵大量地找井敷設(shè)地下熱交換管道，所以施工費用以及材料費用都較高。目前揚州正在施工的京杭融園機房投資120萬元，而設(shè)備及管道的投資費及施工費就達到6000萬元，按建筑面積平均每平方為536元/m2。

3.2.2地下場地較大

由于熱交換是在地下進行的，沒有足夠熱交換場地便不能滿足機組所需的冷熱量，故地下排管往往充滿整個小區(qū)，揚州京杭融園、地源井為1415只，地源井有效深度為84米，地源井間距為5m×4.5m。總占地面積約為3.3萬平方米。以上管道皆埋在6米深的地下，雖然對地上設(shè)施影響較小，但地下占地較大，需要大量綠化的小區(qū)方可設(shè)施。

3.2.3設(shè)計難度及施工工藝都較高

由于熱泵是一個較新的工藝，目前國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的計算方法，各地的地下水情況土壤特性，氣象資料都不盡相同，其前期勘測和土壤熱平衡計算等都較難。

而熱源井的施工，各地的地質(zhì)條件不同，所用的鉆孔機械，施工工藝，都不盡相同，需要先做試驗中后大規(guī)模實施，在京杭融園施工時一中豎井打完，必須馬上將管道回填，不然就塌方，異地重打。目前施工工藝沒有完善，施工現(xiàn)場問題也不少。

3.2.4維修難度大

由于在施工過程中需要做大量的試驗，如超壓試驗、氣密封試驗、沉降試驗等。雖然理論上說后期基本不會出現(xiàn)維修情況，但由于設(shè)計上、施工上、材料上，人員素質(zhì)等方面一旦出現(xiàn)問題需要維修，代價非常大。

3.3 溴化鋰吸收式制冷機的優(yōu)點

1、以熱能為動力，無需耗用大量電能，而且對熱能的要求不高。能利用各種低勢熱能和廢氣、廢熱，如高于0.2kgf/cm2 （表壓）飽和蒸汽，各種排氣；高于75℃的熱水以及地?zé)帷⑻柲艿龋欣跓嵩吹木C合利用，因此運轉(zhuǎn)費用低。若利用各種廢氣、廢熱來制冷，則幾乎不需要花費運轉(zhuǎn)費用，便能獲得大量的冷源，具有很好的節(jié)電、節(jié)能效果，經(jīng)濟性高。

2、整個制冷裝置除功率很小的屏泵外，沒有其他運動部件，振動小、噪聲低，運行比較安靜，特別適用于醫(yī)院、旅館、食堂、辦公大樓、影劇院等場合。

3、以溴化鋰溶液為工質(zhì)，制冷機又在真空狀態(tài)下運行，無臭、無毒、無爆炸危險，安全可靠，被為無公害的制冷設(shè)備，有利于環(huán)境保護的要求。

4、冷量調(diào)節(jié)范圍寬。隨著外界負(fù)荷變化，機組可在10%—100%的范圍內(nèi)進行冷量無級調(diào)節(jié)，且低負(fù)荷調(diào)節(jié)時，熱效率不下降，性能穩(wěn)定，能很好地適應(yīng)變負(fù)荷的要求。

5、對外界條件變化的適應(yīng)性強。如標(biāo)準(zhǔn)外界條件為蒸汽壓力5kgf/cm2（表壓），冷卻水進口溫度32℃，冷媒水出口溫度10℃的蒸汽雙效機，實際運行表明，能在蒸汽壓力（2.0～8kgf/cm2（表壓），冷卻水進口溫度25℃～40℃。冷媒水出口溫度5℃-15℃的寬闊范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

6、安裝簡便，對安裝基礎(chǔ)的要求低。因運行時振動極小，故無需特殊的機座。可安裝在室內(nèi)、室外、底層、樓層或屋頂。安裝時只需作一般校平，接上汽、水管道和電源便可。

7、制造簡單，操作、維修保養(yǎng)方便。機組中除水泵、真空泵和真空閥門等附屬設(shè)備外，都是熱交換設(shè)備，制造比較容易。由于機組性能穩(wěn)定，對外界條件變化的適應(yīng)性強，因而操作比較簡單。機組的維修保養(yǎng)工作，主要在于保持所需的氣密性。

3.4溴化鋰吸收式制冷機的主要缺點

1、從數(shù)據(jù)上看，溴化鋰的最高COP（即能量與熱量之間的轉(zhuǎn)換比率，簡稱能效比。）比電空調(diào)低，溴化鋰空調(diào)最高達到1.56，電空調(diào)達到5。

2、溴化鋰空調(diào)對能源有限制，不像電一樣到處都有。

3、由于直接利用熱能，機組的排熱負(fù)荷較大，因為冷劑蒸汽的冷凝和吸收過程，均需冷卻。此外，對冷卻水的水質(zhì)要求也比較高，在水質(zhì)差的地方，使用時應(yīng)進行專門的水質(zhì)處理，否則將影響機組性能正常發(fā)揮。

4、在空氣的情況下，溴化鋰溶液對普通碳鋼具有較強的腐蝕性。這不僅影響機組的壽命，并且影響機組的性能和正常運行

四、結(jié)論

選擇什么樣的空調(diào)方式，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域位置、地質(zhì)條件、氣候條件等諸多因素綜合考慮，才能做到初期投入少、運行成本低、使用效果好的目的。