地源熱泵中央空調系統設計及經濟性分析

文/ 朱何生 杭州華電華源環境工程有限公司 浙江杭州 310030

1、地源熱泵中央空調系統設計的概要

由于大地土壤的溫度較為穩定，能夠作為提供熱能的源泉，而地源熱泵技術也就是利用土壤與地面環境之中存在的溫度差值，完成地面與地下的能量轉換，從而使地面環境的熱量得到全面提升，滿足地面環境對于熱能的實際需求。而地源熱泵中央空調系統，往往是采用熱泵交換技術，通過換熱系統將地下的能量進行轉換，通過傳熱介質使熱能在相應的管道之中進行循環流動，從而完成大地土壤的冷熱交換。在夏季，地源熱泵中央空調系統能夠將過多的熱量轉移到地下之中，從而對房間之內的溫度進行調整和控制，而在冬季能夠將熱量從土壤之中轉移到房間之內，對房間進行供暖，從而滿足用戶對于熱量的需求[1]。

2、地源熱泵中央空調系統與其他空調系統的對比

地源熱泵中央空調系統與傳統的中央空調系統相比，有著高效、經濟、環保和節能的優點，同時操控手段簡單，有著良好的安全性能。傳統的中央空調系統往往是空氣源熱泵加上輔助電加熱以及熱水冷水機組加上鍋爐兩種形式。在這之中，空氣源熱泵的風冷機組和冷水機組都是完成房間熱量和室外熱量交換的過程，往往受到室外氣候溫度條件的影響，導致制冷量或者制熱量難以滿足用戶的實際要求。在這種情況下，傳統中央空調系統的制冷能力較為不穩定，同時效率較低，而在制熱過程之中，空氣源熱泵在室外溫度降低到零度之下時，必須增加輔助電熱設備，否則機組無法正常啟動，在這種情況之下，空氣源熱泵的耗電量會大幅度增加，同時制熱的效率也無法得到有效保障。而熱水冷水機組加上鍋爐的空調形式，在供熱時需要用鍋爐或者燃氣爐進行輔助，往往會對周邊環境造成一定的不良影響，其運行費用也較為高昂，操作工藝也有著一定的復雜性，整個體系之中還存在著一定的安全隱患。而地源熱泵中央空調系統的技術較為成熟，工藝較為優化，系統操作方式較為簡單，同時在整個過程之中，只存在著房間和地下土壤熱量交換的流程，不會受到室外空氣溫度的影響，不存在著安全風險和對周邊環境造成污染的可能性[2]。還有一種是地下水源熱泵空調系統，這種系統的工作原理是通過潛水泵機組將地下的水循環通過板式換熱，進行換熱之后返回到地下，從而滿足供熱及制冷需求。地下水源熱泵空調系統直接采用地下水，而地埋管熱泵空調系統則是利用在埋在地下管網中循環的熱介質進行熱交換，不會造成地下水的流失。地下水源空調系統需要將地下水抽出并利用，在利用之后回灌到地下水層之中，在這個過程之中往往會造成地下水資源的損失。而在當前情況之下，我國對于地下水的相應規定和立法也逐漸嚴格，有些地方已經開始對使用水源熱泵空調系統的單位，收取水資源費，導致地下水源熱泵空調系統的應用也會受到限制。

3、施工工藝流程分析

地源熱泵中央空調系統的施工包括地下埋管、打井施工過程以及地源熱泵機組和其他設備的安裝過程。當前應用在地緣熱泵地下埋管施工有兩種方式，包括水平埋管方式和垂直埋管方式，管路則可以采用串聯方式和并聯方式。在串聯方式之下，水平管井只存在著一個流通通路，而在并聯方式之下，一個水平管井相對應了一個流通通路，而整個井則有數個流通通路。在實際的施工之中，往往采用的是串聯方式。同程和異程系統是地源熱泵中央空調系統之中常用的兩種系統。在實際工程建設之中，往往采用的是同程系統，而水平埋管則是在地溝之中埋管，地溝的深度一般在1米到2米之間，可以通過單層埋管或者多層買官的方式進行埋管，垂直埋管則是在地下通過鉆機成孔，在成孔的觀眾進行灌漿和回填，實際施工之中往往采用的是U形管、套管或者單管。水平埋管的形式施工較為簡單，初期投資較低，然而在地表溫度的影響之下，熱交換的效率也會下降，垂直埋管往往是由鉆機成孔，由于孔道的過深，往往會導致施工難度提升，然而這種方式的熱交換率較高，能夠滿足大多數用戶的基本需求，因此得到了廣泛應用[3]。

4、經濟性分析

在分析地源熱泵中央空調系統的經濟性時，應該從地下埋管或打井系統綜合考慮，在進行經濟性分析時，要對設備投資的費用進行測算，設備投資費用包括設備購置費用與安裝工程的費用，在造價測算時還要考慮設當地政府對于水資源使用的有關政策要求。通過測算某工程實際使用的地源熱泵中央空調供熱系統中，我們得到在消耗1KW電量的情況下，用戶往往可以獲取4KW到5KW的熱量，與鍋爐供熱系統相比，其系統要比電鍋爐節省三分之二的電能，而比燃煤和燃油的鍋爐能節省二分之一的電能，地下土壤的溫度較為穩定，因此機組的運行情況也較為穩定，無論是制冷還是制熱都能使系統保持在高速運轉的狀態之下，制冷和制熱的性能往往比傳統的中央空調系統高出40%以上[4]。

結語：

綜上所述，地源熱泵中央空調系統設計有著操作簡單，運行穩定，安全性較高，工作效率有所保障等多種應用優勢，而從經濟性的角度來看，其設備投資比傳統中央空調系統投資要低，獲取能量的效率較高，制冷和制熱的性能超出傳統中央空調系統的40%以上，因此地源熱泵中央空調系統在不遠的未來將會得到更加深入的應用，為用戶帶來更加良好的使用體驗。