地源热泵热水系统

地源热泵热水系统（精选十篇）

地源热泵热水系统 篇1

太阳能热水系统与地源热泵作为绿色环保的新能源系统越来越受到人们的关注和重视,我国大部分地区有丰富的太阳能和浅层地表热源,在各类建筑中这两种节能系统越来越受到建设单位和用户的认可。实际项目中这两种系统在系统原理、设备机房、管线布置和运营管理等方面存在一定的差异,给建设单位和设计人员在选择系统类型时造成一定的困难。因此有必要对这两种系统的应用情况做一简单的对比分析,以期更好的推广和应用这两种节能产品,为开发单位和设计人员提供借鉴。

2 太阳能热水系统

2.1 太阳能热水系统原理

太阳能热水器是利用太阳的辐射热能将冷水加热为热水供人们生活使用的节能设备,主要部件有真空集热管、储水箱、泵、管路、辅助热源等。

2.2 太阳能热水器的应用

太阳能热水系统的分类比较复杂,根据集热与供热水的范围分为集中集热集中供热水系统、集中集热分散供热水系统、分散集热分散供热水系统。分散集热分散供热水太阳能热水系统就

部分照明,有利于节约能源。3)旅馆、客房的房间应设节电钥匙开关,当人离开房间后可延时切断除冰箱和电脑外的其他电源,达到节能效果。4)居住建筑楼梯间、疏散走廊的照明,除应急照明外,均宜采用节能自熄开关。

4其他照明节电措施

据有关统计,线路损耗约占输入电能的4%,因此电气照明设计中线路的节能也很重要。线路损耗主要与电流和导线截面这两点有关。通常电流分为有功分量和无功分量,无功电流越大则线路损耗越大,应尽可能提高用户端的功率因数,减小无功电流,从而减少线路损耗。导线截面在可能的情况下宜适当加大。此外,在设计中也要注意缩短供电半径,合理布置电源及开关位置等。

是太阳能热水系统早期最常见的形式,广泛应用于普通低层住宅或农村住宅,多层住宅也有大量选用的实例。它安装简单,适应性广,每户为一个独立的系统,但因为管线及屋顶水箱的摆放零乱而破坏建筑立面效果,目前在住宅建设中已很少选用。集中集热分散供水是将真空集热管中加热的热水集中到水箱中再分别供给用户使用,因为系统管线较长,距离水箱远的用户得到热水的时间比较长,得到的热水的温度较距离近的用户低而应用面不广。目前应用相对广泛和成熟的是集中集热集中供热水系统,广泛应用于中高层平屋面住宅和各类公共建筑中,系统利用集中布置的真空集热板将太阳能收集并转化为热水的热能,根据集热与供热的关系又可细分为直接式和间接式,区别在于加热的热水是直接分配给楼层内的住户使用还是通过循环管路与公共的储水箱或住户的储水箱进行传导热交换,目前广泛采用的是间接式,它将太阳能集热与储热做成封闭的环路,通过公共管道与水箱进行热交换,有利于热能均衡地输送到每一个用水点,同时方便用户用热量的计量,系统热能损失少,稳定性高。集中集热的优点是将集热板在屋面上集中有组织的摆放,可与立面桁架结合,实现与建筑造型的一体化设计,公共水箱或用户热水箱一般自带辅助热源与储热水箱之间通过直接或间接换热对太阳能热水系统提

5结语

电气照明节能是实现电气节能不可忽略的重要组成部分。提高照明节能力度,首先应进行科学的照明设计,即按照国家照明标准和规定,采用光效高、寿命长、安全稳定的照明电器产品,并积极主动采取有效的照明节电措施,真正实现高效、舒适、安全、绿色照明,推动电气节能的健康发展。

参考文献:

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[2]GB 50189-2005,公共建筑节能设计标准[S].

[3]王晶.电气照明的节能设计探讨[Z].大连:大连城建设

计院有限公司,2009.

[4]郭帅.关于建筑电气照明节能的探讨[J].山西建筑,

Discussiononelectriclightingenergy-savingdesign

XIE Na

Abstract:Thispapermainlythroughlightsourceselection,lightinginstallationsoraccessoriesmatching,lampsandlanternsdecorateandcontrolmodeofafewrespectssuchasdiscussedinthispaper,theilluminationenergyconservationdesignmeasures,andrelevantproblems,witha viewtorealizehigh-efficient,safeandgreeninglighting,andtopromotethehealthydevelopmentofelectricalenergyconservancy.

高辅助热能,避免了冬季和连续阴雨天气太阳能热水器效能不高的问题。

2.3 太阳能热水器的缺点和不足

太阳能热水器应用受气候气温变化影响较大,在冬季室外气温较低的时候以及连续阴雨天气须借助辅助热源才能满足住户正常的热水供应。另外太阳能集热器的摆放虽然与建筑立面做了相应的协调处理,但依然对立面造型造成一定的影响并占去大面积的屋顶空间。

3 地源热泵系统

3.1 地源热泵系统原理

地源热泵是利用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统,目前应用较广泛的是埋管式土壤热泵系统,也称土壤耦合式热泵系统,主要采用垂直埋管的方式,以水为冷热源的循环载体,实现土壤中的恒温热能与热泵机组的热量交换。具体工作原理为:冬季,循环水从土壤中的高密度聚乙烯环路中吸收热量供给地源热泵机组,热泵机组提供给住户日常所需的热水,同时通过风机盘管和低温地板辐射采暖设备向住户提供热源;夏季,通过循环水将室内热量排入土壤中,使循环水温度降低,通过热泵机组将循环水转化为冷冻水,再由室内风机盘管或空调机组向室内输送冷气来达到给室内降温的目的。

3.2 地源热泵系统的应用

地源热泵系统主要由地埋管、设备机房、输送管路及末端设备等组成,初期设备投资较大,需占用较大面积的机房和空间作设备用房和埋地管用。因地源热泵系统不受室外季节温差的影响,四季皆可高效运行,并可实现一机多用功能,可满足室内空调、采暖及生活热水的需求而得到广泛应用。同时系统设备管线基本位于地下或建筑内,不直接暴露在室外,减少了热损失延长了设备管线使用寿命;可实现分户计量、远程抄表、远程控制等优势,是一种优质的新型能源利用方式。

3.3 地源热泵系统的不足和缺点

1)地源热泵系统设备相对较复杂,设备占用机房的面积相对较大,因场地地形等具体条件的限制有时单独靠地源热泵系统无法满足设计上的要求;2)地源热泵对土壤的温度场有一定影响,在冷热设计要求均较大的地区,长期运行使土壤的温度场难以恢复;3)维修不便,一旦埋地换热器发生泄漏,很难进行维修;4)地源热泵主要利用地下水体进行热交换,在利用上或多或少都会对其造成污染,且地下水体一旦污染,恢复周期比较长,一般要1年~2年才能恢复。

4 太阳能热水系统与地源热泵的应用比较

太阳能热水系统与地源热泵同属节能环保的新能源利用系统。地源热泵与太阳能热水系统比较,最大的优点是不受季节变化的影响,运行效率高,无需辅助热源即可实现全天候运行。从理论上讲节能效率更高,对建筑外立面无影响,更易于满足建筑设计对立面造型的要求,因而受到建设单位和设计人员的青睐。但因为地源热泵系统相对较复杂,所需的前端和末端设备更多,占用机房空间的面积更大,以及系统设备及系统管路的连接要求更高,致使初期投资相对太阳能热水系统投入过大,建设单位和设计人员应根据工程实际情况因地制宜的选择相应的节能系统。

4.1 应根据项目地理区位选择相应的系统

如日照资源多的地区应首选太阳能热水系统。太阳能热水系统,适应范围广,只要有日照就可选用相应的太阳能热水系统,不受地面条件的限制;相对来说,地表水源或地质差异变化大的地区如山区、干旱地区则不宜采用地源热泵系统。

4.2 应根据产品的定位、舒适度要求等选择相应的系统

地源热泵系统因其初期投资大、系统集成度高及末端设备配套要求高,广泛应用于中高档住宅产品、别墅区以及会所、大中型公共建筑等场所,对于普通住宅、农村住宅及老式住宅的改建项目则适宜选用集中式的太阳能热水系统,在经济投入与节能要求上量力而行,切忌盲目投入,造成设备资源的浪费。

4.3 应区别新建与改建工程选用相应的系统

地源热泵系统设备占地大,室内管线复杂,太阳能热水系统类型多,布置相对灵活,设备占用空间少,可分散或集中设置,对管线敷设和连接要求低,对于旧区老房子改建工程具有更大的适应性和灵活性。

4.4 针对特定地段及气候环境可结合两个系统共同使用

太阳能热水系统和地源热泵分别利用了太阳能和地热能,根据地区的特殊地理环境和气候因素可将两者结合起来,发挥各自的优势形成互补,更好的实现节能设计要求。如寒冷地区,冬季室内热能消耗大,而夏季热能相对富余,单独采用地源热泵系统,设备投入大,连续运行效率低,难以满足冬季供热的要求,如按冬季的供热要求单独建设地源热泵系统则在夏季造成一定的设备资源浪费。如采用太阳能热水系统作为地源热泵的辅助热源系统,地源热泵可以按夏季所需的热能需求配置设备,由太阳能热水系统承担一部分热负荷,则可以大大降低地源热泵系统的初始投资,使设备投入与资源利用更趋合理。

5 结语

节能减排,开发利用新能源是我国21世纪长抓不懈的国策,各地区或同一地区的不同项目之间有着千差万别的项目特征,对于太阳能及地源热泵系统的选用应因地制宜,根据系统特点和应用要求有针对性的选用相应的系统或系统组合,才能达到更好的推广和应用这两种系统,使节能减排工作落到实处。

摘要：对太阳能热水系统和地源热泵系统在工程实际中的应用情况进行了比较分析,分别就其工作原理、优缺点等作了论述,以期更有针对性的推广和应用这两种可再生能源系统。

关键词：太阳能热水系统,地源热泵,可再生能源

参考文献

[1]高辉,何泉.太阳能利用与建筑的一体化设计[J].华中建筑,2004,22(1):70-72.

[2]张虎.太阳能热利用技术在我国建筑节能中的应用探讨[J].住宅科技,2004(10):32-35.

[3]杨艳红,倪国葳,马卉.地源热泵技术与建筑节能[J].山西建筑,2009,35(4):175-176.

地源热泵系统调研报告 篇2

根据李总指示，设计院相关人员参加调研，实地了解无锡太湖半岛国际广场地源热泵系统，听取了精力能源科技公司(鸿意房产下属公司）谢副总经理和朱助理对该系统技术、安装、运行和投资等方面问题的介绍，同时就我公司新大楼地源热泵系统的前期运作进行了沟通，具体报告如下：

一、调研情况

1、地源热泵系统技术简介

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统，该系统可分为地能换热系统、地源热泵机组、室内空调末端系统三个部分，地源热泵机组的运行靠少量的电力驱动，它的工作原理是通过向机房系统内的热泵机组输入一定电能驱动压缩机做功，使机组中的介质反复蒸发吸热和冷凝放热的物理相变过程，从而将地源系统中的能量提取和传导到用户系统，实现空间上的热量交换和传导转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于取暖；在夏季，把室内的热量“取”出来，释放到土壤中去，并且常年能保证土壤中能量的均衡。

地源热泵系统虽然初期投资高于其他空调系统，但由于地源属于可再生能

源，1KW的驱动电能，能产生4KW的热量，节能大大优于一般空调系统，也优于水源热泵系统，具有环保、节能、运行费用低、维护费用少、一机多用、操控安全、空气品质好的优点。

2、无锡太湖半岛国际广场地源热泵系统介绍

由鸿意房产开发的五星级无锡太湖半岛国际广场和酒店，2006年开工，该广场集商铺、办公、餐厅、会议等为一体化多功能国际城，酒店建筑面积59000m2 ,空调面积为45000 m2；商场建筑面积160000 m2,空调面积为60000 m2，采用地源热泵系统进行夏季供冷，冬季供暖。目前由于酒店未投用，因此酒店部分的地源热泵也未投入使用，商场地源热泵采用两台771KW离心泵机组和两台195KW螺杆泵机组,机组安装在大楼底层，为方便安装和将来更新，在底层设置了吊装通道，国际广场目前投用的是一台离心泵机组，用户反映运行效能和可靠性较高、故障率较低，具有使用寿命长、不受水源限制的优点，目前生产的地源热泵机组使用年限在20年左右。地能换热管采用的是PE100、PE63、PE25管，PE管具有承压性能高、耐腐蚀、耐磨性好、水流阻力小、可挠性好等特点，使用年限可达50年，地能管除大楼基础下90米预埋部分双U形外，在大楼周围路面和草坪下90米都预埋了双U形管，共计埋管817根。该系统除供热和制冷外，还提供生活用热水，从效能使用角度看，特别适合使用在宾馆。

该地源热泵系统由鸿意房产下属精力能源科技公司实施，系统目前运行良好，由于系统是8月底投运，效能还待考验。精力能源科技公司有空调节能技术应用的经验，具备施工总承包的能力，同时有同济大学空调节能专家教授的技术支撑。

3、安装和施工

地源热泵系统的安装和大楼基础同步实施，中间有交叉施工，因此，计划性较强，地源换热系统从打孔到埋设时间大约需要两个月时间，如果进行合理安排，大楼土建施工不会受到太大影响。

4、初始投资和运行成本分析

4.1太湖半岛酒店地源热泵系统投资情况

太湖半岛酒店地源热泵系统初期计划投资700多万，地能换热已埋设好，但由于酒店功能发生改变，地源热泵也因此一直未到位，公司于是将酒店地能换热系统引到国际广场使用，另外为国际广场购置了四台地源热泵机组，771KW离心泵机组的费用大约在170万/台，195KW螺杆泵机组的费用大约在100万/台。根据精力能源科技公司的经验分析，按空调面积计算，地源热泵的投资费用每平方大约在200-330元，而地能换热系统、地源热泵机组、室内空调末端系统三个部分资金比例大约在1:1:1。

4.2初始投资成本分析比较

根据目前各类中央空调的市场分析，初始投资差别较大，大致价格如下：

1）VRV家用中央空调：220元/m2

2）热力+冷水机组空调系统：170元/m2

3）土壤地源热泵系统：200-330元/m2

地源热泵系统中的地能换热系统是地源热泵系统的核心技术部分，与其他空调系统相比，这也是额外增加的部分，包括钻井、回填、埋管等的材料、安装与施工等费用较高，因此土壤地源热泵初始投资成本最高，由于设备和PE材料选型，投资额也不同，新大楼和老大楼总投资初步测算在800万-1000万左右。

4.3系统运行成本费用分析比较

根据经验分析，各类中央空调的运行成本费用差别也较大，冬、夏季采暖费用大致价格分别如下：

1）VRV家用中央空调：40元/m2，40元/m

22）热力+冷水机组空调系统：35元/m2，45元/m2

3）土壤地源热泵系统：20元/m2,30元/m2

由上述统计数字可以分析，地源热泵系统运行成本最省，这还没有包括该

系统能够提高的生活热水，加上生活热水费用摊铺，土壤地源热泵系统冬夏季运行费用分别为15元/m2、25元/m2。

如果按照老大楼10000m2空调面积（以建筑面积的80%）所需的运行成本测

算，目前溴化锂空调制冷系统每小时平均大约消耗4吨低压蒸汽、120KW电能，每天运行10小时，每年运行180-200天，所需成本大约90万。按节能40%测算，使用地能换热技术，老大楼全年可节约费用36万元。

如果按照新大楼和老大楼40000m2空调面积（以建筑面积的80%）所需的运

行成本测算，所需成本大约200万，相比目前的热力+冷水机组空调系统，每年可节约120万，这还不包括系统产生的生活热水所节省费用(大约100万)。

因此，地源热泵系统的初始投资相比较而言是高的，但系统投运后的运行成本大大降低，且不需增加额外的人工成本，维护费用较低。

二、关于我公司新大楼和老大楼地源热泵系统初步规划

为保证我公司新大楼地源热泵系统的合理投资，同时要综合考虑现有办公大楼的使用，更要考虑将来（如5-10年后）因本区域发展的需要，现办公大楼以及新大楼作为商用的可能性，我们认为从以下几个方面考虑投资和运行方案实施：

1、尽快对本施工区域进行打孔测试，确定打孔深度，为确定技术方案提供数据。

2、尽快确定新大楼、老大楼近期和远期的功能性规划，以确定两个大楼近期和远期可能需要的空调面积。

3、按照远期需要的空调面积，确定地能换热系统部分的设计，从而进一步确定实际需要钻井数，防止钻井数过少，影响运行效能，过多则增加不必要钻井费用。

4、按照近期和远期需要的空调面积，分别确定地源热泵机组容量和数量。机组先按近期需要空调面积投资，留出安装空间，一旦远期商用成为可能，再增加相应的地源热泵机组。这样有利于合理调配，避免大马拉小车。

5、按照远期规划，确定生活热水最大用量，同时考虑太阳能综合利用的合理性。

6、由精力能源科技公司实施总承包，设计院提供大楼功能性基础数据，我公司确认，精力能源尽快提出技术方案，我公司组织审核，方案通过后尽快组织合同评审，同时落实施工方案，保证和大楼土建施工同步。

三、政策利用

由于土壤地源热泵系统属于可再生能源利用项目，国家和江苏省有这方面的政策支持和引导，可能会有项目贷款免息、财政补贴或奖励措施等，我们希望作为地源热泵系统技术支撑和总承包单位，精力科技能够协助我公司咨询相关政策并办理相关手续，以充分利用政策，降低投资费用。

总之，我们认为利用地能换热技术的土壤地源热泵系统是成熟的，也是可

行的，将大大降低大楼办公运行成本，从长远发展考虑，更将具有深远战略意义。

地源热泵空调系统研究 篇3

【关键词】　地源热泵；节能；环境

1、前言

地源热泵式一种利用浅层合深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源合夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源，实现由低温位热能向高温位热能转移。

2、地源热泵应用概况

地源热泵（GSHPS）是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和热汇的系统，即地下耦合热泵系统（GCHPS），也叫地下热交换器地源热泵系统；地下水热泵系统（GWHPS）；地表水热泵系统（SWHPS）。

2.1　国外发展情况：地源热泵系统由于采用的是可再生的地热能，因此被称之为：一项以节能和环保为特征的21世纪的技术。这项起始于1912年的技术，美国从1946年开始对GSHP系统进行了十二个主要项目的研究，如地下盘管的结构形式、结构参数、管材对热泵性能的影响等。并在俄勒冈州的波特兰市中心区安装了美国第一台地源热泵系统。

特别是近十年来地源热泵在欧美工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。到2000年底，美国有超过40万台地源热泵系统在家庭、学校和商业建筑中使用，每年约提供8000～11000Gwh的终端能量。

地源热源在工程上的应用主要为地下耦合热泵系统（GCHPS）和地下水熱泵系统（GWHPS）、地表水热泵系统（SWHPS）。

2.2　国内发展应用情况

2.2.1能源消费现状：到2040年，我国一次能源的总消费量将达38.6亿吨标准煤，是现在能源消费量的3倍。而到本世纪末，国内每年最多可供应的一次能源生产量为32亿吨标准煤。因此，我国今后较长期的能源消费年均增长率应控制在2.5%左右，直到2040年能源消费实现零增长目标。

我国已探明的能源总体储量，煤炭储量约占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气仅占1.2%，我国人口约占世界人口的20%，人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我国是煤炭大国，但世界七大煤炭大国中其余六国的储量比都在200年以上，只有我国的储量不足百年。石油的储量比为四十年，并且中国石油、天然气的平均丰度值也仅为世界平均水平的57%和45%。

面对如此严峻的能源形势，国家总的能源政策还是节能和新能源开发、再生能源利用并重，因此，地源热泵技术的推广应用在我国具有极大的现实意义和广阔的发展前景。

2.2.2地源热泵应用情况：地源热泵空调系统的设计，主要包括两大部分：一是建筑物内的水环路空调系统的设计；二是地源热泵空调系统的地下部分的设计，即地下耦合热泵系统的地下热交换器、地表水热泵系统的地表水热交换器、地下水热泵系统的水井系统的设计。

地下耦合热泵系统最早应用在89年10月投入运行的上海闵行开发区办公楼（4305m2，冷负荷4532KW，热负荷231KW），其技术和设备均由美国提供，使用情况良好。135个深35米的垂直竖管井，埋管为聚丁烯管。国内的大专院校均进行了相关的垂直或水平埋地管的试验研究和小型的工程应用，并建立了地埋管的传热模型。各地的地质条件不同，土壤的温度和热物性参数都不一样，因此，地下耦合热泵的应用还有待进一步的实验验证和实验数据的积累。

地表水热泵系统：地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，武汉东湖等浅水性湖泊夏季水温高于湿球温度，无利用价值，冬季水温略高于气温，可用作热源水。实测数据表明宁波奉化江水7M深31.2℃，珠江底层31.8℃，江水热污染很厉害，利用价值不大。可利用长江水作为地表水热泵系统的热源，但冬季江水水位很低，从取水的经济性及防洪角度考虑，实际利用还是极难的。

地下水热泵系统：综合上述情况可以看到，目前在我国来说，技术上比较成熟、利用可行性较大、实施的工程项目较多的还是地下水热泵系统。目前国内生产水源热泵机组的厂家也已达到二、三十家。因为国内还没有颁布水源热泵机组的生产技术标准，国内厂家生产的产品质量差别较大，从有些厂家的产品样本来看，技术参数不完整、不准确。因为很多生产厂家没有实测手段，采用水源热泵机组所需要的很多数据不能提供，甚至不排除某些技术力量差的厂家根本就没有弄清楚水源热泵机组和常规冷水机组的技术差异，直接就拿常规冷水机组来作为水源热泵机组推销到市场。目前就笔者所接触到的厂家来看，只有一家国外公司能够提供专用电脑软件选型数据，可以根据设计工况选择合理和可信的机组配置和各种性能数据。

3、需要注意的问题

地源热泵从开始研究到应用的过程中，虽然它是一种环保、节能、先进的空调方式，但仍然存在一些需要注意的问题：

3.1水资源利用的问题：水资源的利用应建立在合理的基础之上。对于地下水的使用问题，国家已经有相关的法律、法规、标准出台，应严格执行《中华人民共和国水法》和《城市地下水开发利用保护管理规定》等法规，确保水资源不受污染，不对地质造成灾害。

3.2采取可靠的回灌手段：大量的开采地下水而不采取可靠回灌手段的话，后果将不堪设想。应加强对井水抽取后进行回灌，还要对水井进行维护，增加水井的使用寿命。回灌水还不应污染地下水源。

3.3设计过程中要注意水文地质问题：利用地下水源时，要了解地源热泵系统设计的基础资料。要在当地完成对工程所在地的井深、水温、水量、水质等原始资料的采集，并保证这些资料的有效性和正确性，对这些资料进行分析研究。这是一项很重要的工作，可是经常在工程实践中被忽视，从而造成了系统的失败。在某工业城项目中，可行性报告中列出的单井每小时出水量实际上是单井每天出水量，这使得工程最后不得不采用其他的方式进行补救。

3.4水质处理问题：如果水质不适合直接用于地源热泵机组，则需要采取相应的水处理措施。比如用过滤器、水处理仪、沉淀池等装置处理后再用于地源热泵机组。一般情况下地下水不能直接用于供暖，因为地下水一般含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐、腐蚀性气体及泥沙等物质。可以经过板式换热器间接利用地下水，从而延长机组使用寿命，减少维修费用。

3.5地下换热器的设计：地下换热器的设计要注意对建筑负荷、回填材料、土壤地层特性等进行精确的勘测和分析。

3.6合理地配置整个系统：地源热泵虽然是绿色的空调方式，但是如果没有一套合理的系统，它的节能和环保优势就根本无法发挥出来。

4、结束语

地源热泵作为一种环保节能的空调方式，应该得到研究工作者对其进行更为深入的研究，探索其关键性技术。目前在国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面还没有成型的行业标准和规范，其推广应用还有待时日。作为一门新技术，它为我国的可持续发展带来了契机，在不远的将来，随着国富民强，经济实力的提高和生活水平的进步，研究和技术人员的努力，它在中国一定有广阔的市场前景。

参考文献

[1]徐伟等译，地源热泵工程技术指南[M]　.北京：中国建筑工业出版社，2001

[2]刁乃仁，方肇洪.地源热泵-建筑节能新技术[J]　.建筑热能通风空调，2004

（作者单位：1.西门子（中国）有限公司沈阳分公司；

地源热泵复合系统热水机组实验研究 篇4

目前,在暖通空调领域中,随着空调普及率的迅猛增长,能耗急剧上升与巨大的能源浪费并存。

本文对地源热泵复合系统中的热水机组进行了研究,该系统中热水机组具有回收冷凝热,改变制冷设备选型模式,高效率实现供给空调系统冷源、热源,全年运行期间内提供卫生热水,降低系统初投资等多种优点。

地源热泵复合系统中热水机组运行情况是:

(1)冬季两组机组是独立的,热水机组以地下井水作为热源。

(2)夏季两组机组联合运行,当空调机组在非满负荷下运行时,制热水机组以空调系统制冷机组排放的冷凝热为热源,回收冷凝热;当空调机组在最大负荷下运行时,制热水机组以空调系统的供冷回水为热源,回收空调房间的余热,为空调系统提供了部分冷量。

(3)空调机组不运行时制热水机组单独运行。

各个运行工况通过阀门转换得以实现,工作原理如图1所示。

为了研究复合系统中热水机组的性能,在对系统及设备进行详细分析的基础上,选择合适的设备搭建了一套地下水源热泵实验系统,模拟了机组的各个工作状态,采用了理论分析与实验相结合的方法,对系统进行了实验研究。

1 实验装置及测试仪表

实验系统工作流程图如图2所示。

实验中压缩机选用大连三洋压缩机有限公司生产的C-SB453H8A型涡旋式压缩机(输出功率为6HP),制冷剂选择R22,冷凝器和蒸发器均采用套管式换热器。

注:两组机组通过9个阀门实现在不同运行工况的转换。

1-涡旋式压缩机;2-蒸发器;3-冷凝器;4-毛细管;5-四通换向阀;6-水泵;7-截止阀;8-试量计。

实验测量参数有:制冷剂侧的温度、压力和流量,水侧的温度、压力和流量及压缩机功耗等。压力测量采用精度等级为0.4级的TB-150B型精密压力表,温度测量采用量程为150℃的玻璃杆温度计,水侧流量采用LZB-40玻璃转子流量计测量,制冷剂侧采用涡旋流量计测量,压缩机功率由D51-W型交、直流功率表测量。

2 实验内容及结果分析

对制热水机组的各个工况进行了静态实验测量,实验时近似模拟机组的工作状况,蒸发器和冷凝器的进出口水温保持恒定,进出口温差均为5℃。对机组分别以井水、冷凝热和以空调供冷回水为热源制取热水的三种工况进行了实验测试。

采用稳态测量方法,当机组连续运行20min以上,能够控制进出口水温波动在0.5℃以内,就认为机组达到了稳定工况。

2.1 井水为热源制热水的工况

由于我国多数地区的地下水温度在14～22℃[1],所以在蒸发器进口选取13℃、15℃、18℃、22℃四组水温为例进行实验,每组实验中冷凝器进口水温为40℃,出口水温为45℃,该工况下机组的输入功率和制热系数随井水进口温度不同的变化情况如图3所示。

由图3可以看出,在以井水为热源制热工况下,保持蒸发器进口水流量不变,随井水温度的升高,压缩机的耗功率减小,但整个机组的制热系数提高,制热系数由3.63增大到3.9。这主要是因为当蒸发器进口水温度升高时,机组蒸发温度随之升高,制冷剂质量流量增加,故压缩机输入功率和蒸发器侧的制冷量均增加,而制冷量的增加使得制热量及机组的性能系数升高。

2.2 冷凝热为热源制热水的工况

对于水冷式冷凝器,冷却水进出口温差可取4～10℃[2]。所以根据我国地下水的分布情况,夏季地下水源热泵制冷机组排放的冷却水温度在18～32℃,所以选取20℃、23℃、27℃、30℃四组水温为蒸发器进口水温为例进行实验。每组实验中控制冷凝器进出口温差为5℃,进口水温度均为40℃,该工况下机组的输入功率和制热系数随冷却水温不同的变化情况如图4所示。

由图4可以看出在以冷凝热为热源制热工况下,蒸发器进出口温差不变,随进口水温度的升高,压缩机的耗功率是减小的,机组的制热系数是增加的,由3.89上升的4.22。这原因同以井水为热源制热时是一样的。

2.3 空调冷冻回水为热源制热水的工况

目前,我国规定空气调节冷水供水温度一般为7℃,供回水温差一般为5℃[3]。在实验中蒸发器进水温度12℃,出水温度7℃,冷凝器出口分别为37℃、41℃、45℃、49℃四组不同的水温。机组的输入功率和制热系数随制取热水温度不同的变化情况如图5所示。

由图5可以看出随着热水的温度升高,压缩机的耗功率是增加的,机组的制热系数是减小的,由3.96下降到3.56。这主要是因为冷凝器进口水温升高使得机组的冷凝温度上升,在蒸发器进口水温和质量流量恒定的情况下,机组内制冷剂流量减小,导致冷凝器制热量降低,所以压缩机的输入功率也随之增加,而机组性能系数降低。

在该工况下,机组不但能制取热水,在蒸发器侧还能同时提供符合空调要求的冷冻水,实现了一举两得,制冷系数及冷热量百分比(冷量和热量的比值)随制取热水温度不同的变化情况如图6所示。

由图6可以看出随着热水的温度升高,对于蒸发器侧来说,制冷系数由2.96下降到2.56,冷量百分比也是下降的,由74.8%减小到71.9%。原因也是因为机组内制冷剂流量减小,使得蒸发器制冷量降低。

3 结论

通过对实验结果的分析,可以得出以下结论:

(1)制热水机组在以井水为热源制热水的工况下,随井水在蒸发器进口水温的升高,制热系数增加。

(2)制热水机组在以冷凝热为热源制热水的工况下,随蒸发器进口水温的升高,机组的性能增加。在该工况下,因为制热机组的热源是空调制冷机组排出的冷却水,因此制冷机组的冷却水应尽可能选择较大的进出口温差,以使制热机组得到较高的制热系数。

(3)制热水机组在以空调冷冻回水为热源制热水的工况下,当蒸发器侧的进口水温和水流量恒定时,随着热水出口温度的升高,压缩机耗功率增加,制热系数下降。

可以看出在各个工况下,制热水机组都有较高的制热系数,而且,在以空调冷冻回水为热源制热水时,所获得的冷量占制热量的百分比高达70%,可见复合系统中制热水机组具有非常高的节能价值。

摘要：通过实验系统模拟复合系统中制热水机组的各个特定工况,分别进行静态实验测试,分析机组的性能和输入功率在三种不同工况下的变化情况,指出复合系统中制热水机组具有很高的节能效果。

关键词：复合热泵系统,实验研究,节能,热水

参考文献

[1]郭建辉,韩玲.地下水源热泵系统性能的试验与模拟研究[J].制冷空调,2005,(4):8-11.

[2]彦启森,石文星,田长青.空气调节用制冷技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

地源热泵热水系统 篇5

山东省住房和城乡建设厅日前下发通知，要求各地切实贯彻落实《山东省建筑节能技术与产品应用认定管理办法》，并将烧结粉煤灰砖等27类建筑产品的认定实施权，下放到设区市住房城乡建设主管部门。

依据上述办法第9条，省住建厅自2014年4月15日起，委托设区市住房城乡建设主管部门负责部分常规技术与产品的认定实施工作。各设区市住房城乡建设主管部门应按照办法有关规定，通过资料受理与审查、现场考察与抽样、委托检测、专家评审、网上公示等程序，认真做好认定实施工作，并于单月月底前，上报近两个月认定的符合要求的技术与产品的相关资料，由省住建厅统一编号、制作证书。委托下放目录之外的其他技术与产品，由省住建厅负责组织认定。

相关技术、产品的认定证书有效期调增至三年，期满后继续生产的，应在有效期满前3个月申请复审换证。申请复审换证应提供申请表、现场复查记录、产品检验报告及两份以上工程抽样检测报告等。

地源热泵热水系统 篇6

8月中旬，建设部公布《居住建筑节能设计标准(征求意见稿)》，并公开在其网站上征求意见。其中规定，户内建筑面积大于或等于80平方米时，宜采用低温地面辐射供暖方式。

然而在我国目前新开发的住宅建筑中，采用集中式中央空调、商用空调和小型户式空调的项目较为广泛，而配置这些空调系统的冷热源设备一般还是以冷水机组、风冷机组、户式小型机组等为主。

在建筑节能和能源耗费不断上涨的形势下，常规冷热源设备的高能耗问题已越来越成为住宅使用者的沉重负担，因此开发和推广高技术、节能型冷热源空调系统已成为住宅项目势在必行的发展趋势。

顺应建设部《居住建筑节能设计标准(征求意见稿)》，在此，我们特对节能地源热泵系统作一下重点介绍。

地源热泵利用土壤的恒定特性

常规的空调设备一般都是通过冷水和热水的循环来达到室内空间制冷和采暖的目的。因此，只有通过空调设备的机械运动和化学介质的冷凝和蒸发作用，才能满足系统冷水或热水的供应需求。而在这一过程中则要消耗掉大量的电力资源。因此，如何降低空调设备产生冷水或热水的能源消耗，才是节省空调能耗的关键所在。

地源热泵空调系统是一项具有高新技术含量的节能系统。它科学利用地下土壤资源的恒定及蓄能的特性，采用将空调系统水管垂直或平行埋入地下的方式，通过水源在地下循环的运行过程，夏季将高温水经过土壤的吸收和冷能量释放转化为低温水，冬季将低温水经过土壤的吸收及热能量释放转化为高温水，从而达到降低空调设备动力产冷或制热的目的，大大节省了能源消耗。

节省能耗

地下土壤资源的温度一年四季相对稳定。冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的天然冷、热资源。空调水源系统在这种温度特性下循环，要比传统空调系统运行效率高40％，因此节约能耗也在40％左右。另外，低能、温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性，平均可以节约用户30％～40％的供热、制冷空调的运行费用。

绿色环保

地源热泵是利用地下资源作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。地表淺层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳所散发的到地球上的能量，比人类每年利用能量的500倍还多。这种储存于地表浅层的能源是一种无限的可再生能源。可以使使用者长期享受和获益。

稳定可靠

地层温度一年四季相对稳定，其温度的范围远远小于空气的波动，因此地源热泵系统具有很好的恒定性，比较常规空调系统运行更加可靠，稳定。特别是在极限气候条件下，也不会造成设备超负荷运行所形成的波动性。

环境效益 地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比减少40％以上，如果结合其他节能措施减排量会更明显。因此，该装置的运行没有任何污染，没有燃烧，没有排烟；也没有废弃物，且不用远距离输送热量，可以大大减少其他空调方式的cO：的排放。提高居住者居住环境的空气质量。

舒适程度高

由于地源热泵系统的供冷，供热更为平稳，降低了空调系统的停机、开机的频率以及空气过热或过冷的峰值。因此这种系统的持续性和平稳性使得室内舒适度程度更高于其他常规空调系统。

一机多用，应用广泛

地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的2套装置或系统，更适合于别墅住宅等项目。

自动运行

地源热泵机组由于工况稳定，机组运行简单可靠，自动控制程度高，因此，可实现无人值守、智能控制。

使用寿命长

地源热泵系统与常规空调系统比较，机组使用寿命长，平均使用期限在30年以上。是常规系统的2倍以上。

经济对比分析

通过以上表格我们可以分析到，住宅项目采用地源热泵机组一次性投资造价较高于其他系统。比常规冷水机组，风冷机组空调系统造价高出30％左右。但是，常规空调系统只具备单一制冷功能，如果再增加采暖设备电锅炉，燃油锅炉等，则初投资造价并不比地源热泵低，甚至还要高。同时，两套系统并用在设备系统连接及占地面积等方面的其他投资还要有所增加，因此，总体分析，住宅采用地源热泵系统的一次性投资对使用者来讲是非常划算的。从更长期的设备使用寿命来讲，地源热泵系统的使用寿命是常规空调系统的2倍以上，所以，住宅采用地源热泵系统的价值更高。

效益分析

从以上图表中我们可以分析到，北京夏季采用地源热泵系统比冷水机组中央空调节省电耗40％，比直燃机节省45％；比家用空调节省50％。

从以上图表中我们可以分析到，北京冬季采用地源热泵系统比天然气集中采暖节省60％；比挂壁炉供暖节省60％，比电热膜供暖节省70％。

地源热泵系统概述 篇7

地源热泵空调系统是利用部分高位能(电能)从地球表层提取地热资源的一种能量交换的空调系统。它是热泵应用领域的一个分支,通常只需输入少量的高位能,通过利用热泵机组设备可把土壤中贮存的低品位能源转化成日常生活中有用的热能。可以实现冬季取暖和夏季制冷工况的相互转换。冬季,机组提取土壤中的热量用于室内供暖;夏季,机组把室内多余的热量释放到土壤中达到制冷的效果。

2 地源热泵系统的优缺点

与其他形式的能源利用形式相比,地源热泵具有明显的优点:(1)稳定性高;地下土壤中的年平均温度相对稳定,相比空气源热泵,它的性能系数要高许多,基本不受天气和季节因素的影响。(2)对大气环境无污染,与常规能源的利用方式相比,它的整个运行过程不会产生对环境有污染的气体,也不会产生任何的废弃物。(3)热泵机组成本相对较低,相比水源热泵系统的净水装置系统的费用和地下水水源热泵系统的打井费用,地源热泵系统组成相对简单,只需在地下埋入地埋管换热器即可,从而大大减少了初投资。但是地源热泵也有其不利的一面,连续运行时,热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动;土壤导热系数小,导致地埋换热器的面积较大,长期使用会破坏地下土壤中的温度场,导致土壤层的平均温度发生变化,从而会引起其他一些不利的影响。

垂直埋管热泵系统较水平系统有许多优点。首先它不需像水平埋管系统那样需要大的场地面积。其次在许多地区,地面以下的一段距离,土壤处于湿度饱和状态,而这段距离又正是热交换器所在的位置,因此对热交换有利。在制冷季节,水平系统流入盘管中的溶液加热了饱和的土壤层使水分降低,从而降低了土壤导热率,使得热交换的效率也降低。而垂直埋管中这种水分转移只有很小的一部分。而且垂直埋管热泵的稳定工况和部分负荷的运行效率比满负荷情况好,而一般的空调系统设计工况是在满负荷情况下,但实际却很少在此情况下运行,效率也就很难保证是在高效区。

3 地源热泵系统的发展概况

地源热泵技术起源于欧洲,在历史上最早可以追溯到1912年瑞士佐伊利的一项专利中,但地源热泵技术的真正应用却是在1950年左右。在近20年内,地源热泵技术在北美获得了广泛的应用和推广。美国地源热泵安装数量的增长率在近年来一直保持在10%以上,预计到2010年,其安装总数将达到约150万套折合每套12kW制热量的地源热泵机组。据美国地源热泵协会的统计,美国地源热泵安装数量的增长率在近年来一直保持在10%以上,预计到2010年,其安装总数将达到约150万套折合每套12kW制热量的地源热泵机组。由此可以看出,北美地区是地源热泵技术发展最为成熟、商业应用最广泛的地区。

地源热泵技术在引入中国后,相比在北美地区,得到了更为广泛的应用和发展,如双U管的采用和太阳能与地源热泵相结合利用等形式的出现。主要原因有两个方面。一是美国国土面积大,住宅较分散,有足够的埋管面积,基本不采用混合形式的地源热泵;而中国人口众多,建筑物密度大,需要在可能的情况下尽量减少埋管面积,,混合形式比较多,如将地源热泵与传统空调系统形式结合或采用地源热泵与其他节能形式相结合。二是在北美,政府补助主要通过电力部门进行,流程简单,能把财政激励政策很好地落实到使用该系统的房屋业主方面;而中国目前是采用专项资金补助的形式,针对部分经过审批的项目进行补助,流程复杂,,这样业主与设计者要在初投资和运行费用上做更多的平衡比较,从而因地制宜选择投资较低的技术方案,这在一定程度上也促进了中国地源热泵系统发展的多元化。

我国在土壤源热泵领域的研究主要始于20世纪80年代初的天津大学和天津商学院,其他少数单位也先后在土壤源热泵供暖方面进行了一系列的理论和试验研究。但是,由于我国能源价格的特殊性,以及其他一些因素的影响,土壤源热泵的应用推广非常缓慢。随着国际交流的不断扩大以及国内能源政策的初步提高和完善,特别是在1997年11月,为了加强中美两国在能源效率与再生能源领域的技术交流和合作,改善中国的能源结构,促进节能、环保和资源的综合利用,美国能源部和中国科技部签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书,其中一项内容是土壤源热泵的发展战略,拟在中国北部寒冷地带、中部夏热冬冷地带和南部亚热带三类气候类型区,各选一家示范推广单位与美国能源部推荐的美国地源热泵生产商作为合作伙伴,建立三个土壤源热泵的示范工程,以推广这种“绿色技术”,削弱中国对煤炭和石油的依赖程度。在此形式下,国内的科研机构进一步深入认识到了土壤源热泵系统的优势,逐步展开了对土壤源热泵技术的研究。

20世纪90年代以后,由于受国际能源大环境的影响以及土壤源热泵自身所具备的节能和环保优势,这项技术日益受到人们的重视,国内很多大学纷纷建立了土壤源热泵的实验台架。与此对应的是,出现了一些专门的生产厂家,跟相关科研单位合作,在开发利用土壤源热泵技术方面取得了很大的进展,做了许多实验研究和工程示范;产生了很多有效测试跟踪数据,这些宝贵的经验教训势必将有助于加快发展土壤源热泵技术的步伐。最近几年,国内已经开始对土壤源热泵的系统匹配问题进行了研究,建立了系统各部件的理论计算模型,同时对新型制冷剂在地源热泵系统中的应用以及在变负荷状况下土壤源热泵的运行工况进行了深入研究。

4 影响地源热泵性能系数的因素

提高地源热泵的性能系数意义非常重大,关键在于提高地埋管换热器的换热效率,通过分析研究得出,以下几个因素对地源热泵的换热效率的提高有着重要的影响。

4.1 地埋管换热器的长度

在其他因素不变的情况下,管长越长,从土壤中抽热的速率就越大,地埋管换热器出口的温度越高,进出口液体的温差越大,换热效率越高。但是,管长不宜太长,过长不仅初投资大,而且影响地下管路的整体布局,导致地下土壤利用率低。

4.2 地埋管换热器内的液体流速

当管中的流速太低,流动处于层流状态时,管内的对流换热系数很低,会影响换热效果;曾大管中流体的流速,使流动状态处于紊流时,管内壁的对流换热系数将大大提高,换热效率将明显提高。但是,流速不宜过大,因为当管长一定时,流速太大,将会减少单位管长的吸热率,从而导致换热器的换热效率降低。

4.3 地埋管换热器的管径

工程实践表明,管径越小,换热能力越强,但是管径不宜太小,太小则会增大管中流体的流动阻力,从而会加大水泵的能耗,反而会降低地源热泵系统的性能系数。

4.4 地埋管换热器的间距

U型管两管之间的间距,对换热效率有着很大的影响。靠近液体出口的管子吸热能力低于靠近液体入口的管子,靠近液体出口管子周围的土壤温度高,靠近液体入口管子的土壤温度低,如果U型管两管之间的间距过小,温度高的土壤部分将会向温度低的土壤部分传递热量,将会影响靠近液体出口管子的吸热效率,从而使地埋管换热器的传热效率降低。

4.5 土壤中的含水率

研究表明,当土壤中的含水率高时,地埋管换热器管外的换热效率明显增大,这是因为当含水率太低时,管外主要以导热传热为主;而含水率增大时,管外不仅存在导热传热,而且还存在对流换热。长期使用地源热泵系统,会导致土壤中的含水率降低很多,因此,应该间歇使用地源热泵系统,才能使地源热泵的性能达到最佳化。

5 结论

地源热泵热水系统 篇8

地源热泵热水系统是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等），将低温位热能提升为满足生活供热需求的热能的高效节能的生活热水供给系统。以土壤源为热源制备生活热水的地源热泵热水系统，地埋管换热器是其核心组成部分。地埋管分为水平式和垂直式。水平式地埋管施工简易，但地埋管深度较浅容易受外界气温的影响，而且占用较大面积；垂直式地埋管单位井深换热量高，占地面积少，但施工难度加大，成本增加[1,2,3]。由于工业化和城镇化进程加快，以及人口增长，土地资源愈来愈紧缺，因此在城市居住区和气候变化明显的区域，目前广泛应用的是垂直地埋管。垂直地埋管最常见的三种形式为单U形管、双U形管、套管式管。

文献[4]通过单U型、双U型和套管型的准三维传热模型分析了钻孔内的传热过程，单U型管地热换热器的单位孔深换热量比双U型管低，套管式地热换热器的换热性能优于U型管式地热换热器。文献[5]对由单U型换热器和套管型单井换热器构成的土壤换热系统进行了研究，发现渗流水有助于土壤换热器的换热，套管释放的冷量主要沿渗流水流动方向扩散，且较长时间运行后的土壤换热系统能够保持稳定；管径较大的套管换热器的换热性能明显优于U型换热器。

亚热带夏热冬暖地区尤其是两广地区，雨水丰富，水源充足。丰富的水资源使得我国南方大部分地域属于富水土壤，使得土壤具有较高的热交换效率。富水土壤可以靠自然补充，保持一定的地温[6]。

随着人类生产生活水平的提高，越来越多的地方需要供应热水，建筑节能技术越来越得到广泛应用，因此针对亚热带夏热冬暖地区的气候特征和富水土壤的特性，设计节能与经济效益较高的地源热泵热水系统是满足当前需求和建筑节能措施的有效途径之一。笔者设计了3种小型不同垂直埋管形式的地源热泵热水系统，探索小型地源热泵系统在夏热冬暖地区，尤其是富水土壤地质条件下作为热水系统的适应性和节能效果，为该地区的地源热泵热水系统理论研究和工程实践提供参考依据。

2 测试系统简介

本次测试的三种小型地源热泵热水系统原理如图1所示，热水系统位于距广西——邕江500m左右的区域，各系统地埋管换热器管群相距5m～10m。由南宁市水文地质图和现场地质勘查报告，该区域属低级阶地孔隙水亚区，属孔隙潜水，水量丰富，属富水土壤。勘察报告结果显示：地下0～5.75m为杂填土；5.75m～20.21m为黏土；20.21m～28.04m为粉质黏土；28.04m～37.36m为粉土；37.36m～51.06m为粉砂；地下水位约为地面以下4.5m，场地土层的分布如图2所示。3种热水系统的热泵机组参数分别为，单U型热泵机组为T15-036型，额定功率为3.62kW；双U型热泵机组为T10-028型，额定功率为2.59kW；套管型热泵机组为T20-028型，额定功率为2.59kW；循环泵的额定功率均为250W。垂直地埋管材质与管径参数如表1所示。

3 实验仪器和方案

实验中使用的仪器有：精度为±0.1℃的TP3001型电子温度计；TR118型定时器；等级精度为一级的埃美柯牌热水表；VICTOR DM-6266型卡钳式万用表。

实验采用单因素实验方法，通过测试系统循环冷却水流量和进出温度、热水温度、自来水流量和温度、循环泵、系统耗电功率，分析地源热泵热水系统运行情况。

4 实验数据处理

在本实验中，计算如下：

1）地埋管换热器单位时间获得热量Q

式中，v为地埋管循环水流量,m3/h，；ΔT为热泵机组地埋管循环水的温差，℃。

2）地埋管换热器单位井深换热量q

5 实验结果和分析

1)单U型、双U型、套管型垂直地埋管地源热泵热水系统比较

将3种小型地源热泵热水系统的循环冷却水流量通过阀门调节为2 000L/h，连续运行一定时间使其达到稳定状态，对比各系统的运行特性。

由图3可知，系统运行一段时间后基本趋于稳定状态，各系统从土壤中提取的热量在此段时间内基本保持恒定。3个系统的地埋管循环冷却水进出温差，套管型的温差比较大，维持在5℃左右；单U型和双U型地埋管循环冷却水进出温差约为2.5℃。

由图4可知，单U型、双U型和套管型地源热泵热水系统的地埋管换热器单位井深换热量分别约为31W/m、40W/m、62W/m。

由图5可知套管型和双U型的热泵机组COP大于单U型的，在4.7左右，套管型的略大于双U型，单U型在3.7左右。图6中单U型、双U型、套管型地埋管地源热泵热水系统COP分别为3.5、4.1、4.5，单U型、双U型比套管型系统COP低23%、9%。

综合以上分析，套管型地埋管地源热泵热水系统能效比高于单U型和双U型系统，双U型高于单U型。套管型、双U型、单U型地埋管地源热泵热水系统节能效果依次下降。套管型地埋管的外管为镀锌钢管，导热性较高的埋管材料，单位井深换热量较高，提高了系统能效比，在制热功率较高、埋管空间有限的情况下，较为适用，而制热功率较低、埋管空间足够时，宜采用双U型埋管方式。

因此，以下考察循环冷却水流量对套管型地埋管换热器地源热泵热水系统的影响。

2）流量对套管型地埋管地源热泵热水系统的影响

由图7流量为1 000L/h、1 500L/h、2 000L/h、2 500L/h、3 000L/h时，所对应的进出口温差分别约为8.4℃、6.6℃、5.6℃、4.9℃、4.8℃，说明循环水的进出口温差会随着流量的增大而变小。

从图8流量对套管地埋管换热器单位井深换热量的影响来看，流量为1 000L/h、1500L/h、2 000L/h、2 500L/h、3 000L/h时对应的换热量分别约为51W/m、52W/m、62W/m、60W/m、54W/m，流量增大，单位井深换热量随之增大，增大到一定程度，换热量下降。

由图9可以看出流量变化下，套管型地源热泵热水系统的系统循环冷却水流量在2 000L/h时，系统COP达到较大值。

由以上分析可知，即使再增加通过套管换热器的流量，稳定时套管的单位井深换热量也不会再提高，这主要是由土壤的热物性造成的，随着套管周围土壤温度的降低，更远距离的热量不能较快地扩散过来，因此不能够使套管换热器获得更多的热量[7]。从以上分析可知，此套管型地埋管换热器的系统循环冷却水流量选择为2 000L/h时，系统稳定工作且保持较高的工作效率。

6 结论

1）通过对单U型（PPR），双U型（PPR），套管型（镀锌钢管）垂直地埋管地源热泵热水系统进行测试，3种系统的机组COP和系统COP依次递增。套管型地埋管地源热泵热水系统适用于制热功率较高、埋管空间有限的情况，而制热功率较低、埋管空间足够时，宜采用双U型埋管方式。

2）套管型垂直地埋管的单位井深换热量随着流量的增大而增大，在低流量时换热量基本处于稳定状态，当流量大到一定程度的时候，换热量会逐渐降低到一定数值然后稳定。因此，从提高系统能效考虑，设定合理的系统循环冷却水流量也是提高系统效率的重要途径之一。

摘要：富水土壤条件下,采用单因素方法,研究了3种不同垂直地埋管换热器--单U型、双U型和套管型的地源热泵热水系统。3种小型热泵热水系统在稳定运行情况下,系统能效比分别为3.5、4.1、4.5。小型地源热泵热水系统在夏热冬暖地区具有良好的适应性,能满足制取生活热水的需求。

关键词：垂直地埋管换热器,地源热泵热水系统,套管,U型

参考文献

[1]NRCan,Commercial Earth Energy Systems:A Buyer's Guide,Natural Resources Canada's Renewable and Electrical Energy Division,ISBN0-662-32808-6,Cat.No.M92-251/2002E,Ottawa,ON,Canada,99pages,2002.

[2]Shonder,A.S.,Hughes,P.J.,Baxter,V.D.and Thornton,J.W.,A Comparison of Vertical Ground Heat Exchanger Design Methods for Residential Applications,ASHRAE Transactions105,SE-99-20-01,1999.

[3]覃有志,李常春,胡映宁.广西发展大厦东楼地源热泵空调热水冷热联供系统优化设计[J].装备制造技术,2009(11):37-39.

[4]康龙.地源热泵不同地热换热器形式的性能分析[J].供热制冷,2009(7):29-32.

[5]胡映宁,林俊,尹向明.富水土壤地区土壤换热器换热性能的实验研究[J].太阳能学报,2009,30(1):5-11.

[6]陈文明,王成勇,王雁生,胡映宁,林俊.广州地区地源热泵热水系统的应用研究[J].节能,2008(3):55-57.

水/地源热泵监控系统 篇9

水/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、河流、湖泊、土壤或地表水等) 或者是人工再生水源 (工业废水、地热尾水等) 实现可供热、可制冷的高效、环保、节能的空调系统。

地球表面浅层水源 (一般深度在1000m以内) 和土壤源, 如地下水、地表的河流、湖泊和海洋以及土壤中, 吸收了太阳辐射出的大量能量, 温度一般都十分稳定。水/地源热泵系统在夏季将建筑物中的热量“吸取”出来, 释放到水体或土壤中去, 由于水源或土壤温度低, 所以可以高效地带走热量, 以达到为建筑物制冷的目的;在冬季, 则是通过热泵机组, 从水源或土壤中“提取”热能, 送到建筑物中采暖。

水/地源热泵系统具有如下优点:

(1) 采用清洁能源技术。水/地源热泵技术利用储存于地表浅层的可再生能源, 为人们提供供暖空调。在利用地下水以及地表水源的过程当中, 水源水经过热泵机组后, 只是交换了热量, 水质几乎没有发生变化, 经回灌至地层或重新排入地表水体后, 几乎不会对原有水源造成污染。所以水/地源热泵是一种清洁能源, 是可持续发展的“绿色装置”。

(2) 经济有效的节能技术。地球表面、浅层水源及土壤源的温度一年四季相对稳定, 水源一般为10℃～25℃, 冬季比环境空气温度高, 热泵循环的蒸发温度提高, 能效比高;夏季比环境空气温度低, 制冷的冷凝温度降低, 使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式, 机组效率高。一般情况下, 水源热泵的制冷、制热系数可达3.5～5.5。传统锅炉 (电、燃料) 供热系统只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能转化为热量, 效率比水源热泵差很多。而传统的空气源热泵的制冷、制热系数通常为2.2～3.0, 而且在冬季环境温度过低时, 空气源热泵将无法工作。据统计, 水源热泵方式的能量利用效率比空气源热泵高出40%以上。

(3) 系统运行稳定、可靠。地球表面或浅层水源及土壤源一年四季温度较恒定, 其波动的范围远远小于空气的变动。使得水源热泵机组运行更可靠、稳定, 也保证了系统的高效性和经济性, 不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

(4) 环境效益显著。开发推广水/地源热泵技术, 可代替中小型燃煤锅炉房。水/地源热泵装置没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 没有任何污染, 不会影响城镇的环境质量。

从构成上来讲, 水/地源热泵空调系统主要由三部分组成:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。地源热泵工作流程图, 如图1所示。

(1) 冷热源侧系统

冷热源侧系统主要是指从水源热泵机组到取水终端或埋管终端的所有设备及管路系统。对于地下水水源热泵空调系统而言, 冷热源侧系统主要指取水井、回灌井以及从水井到水源热泵机组之间的辅助设备和管线;对于地表水水源热泵空调系统而言, 冷热源侧部分主要指河流、湖泊较稳定的适合水源热泵使用的水体, 以及从水源到水源热泵机组之间的辅助设备和管线;对于埋管式土壤源应用系统而言, 冷热源侧系统主要指从土壤源到水源热泵机组之间的管线及辅助换热设备。

(2) 水/地源热泵机组

水/地源热泵机组是整个水/地源热泵空调系统的核心部分, 其主要部件为压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等。机组通过阀门的切换来实现冬夏季节的工况转换, 如图2所示。

(3) 用户侧系统

水/地源热泵系统的室内末端分配系统选择相当灵活, 可以采用多种方式, 如风机盘管、地板采暖、全空气系统等。

室内末端分配系统一般要求既能供热又能供冷, 设计时必须两者兼顾。水/地源热泵系统通常采用吊顶上送风和地板四周下送风两种类型的送风系统。

2 水/地源热泵控制工艺与控制策略

水/地源热泵系统不是单独的设备, 经常是在多种设备、多种工况的复杂条件下联合运行, 系统的正常、安全、节能运行需要依靠一套成熟稳定的控制系统来进行管理。控制系统的功能主要有以下三类:

(1) 水/地源监控

对水/地源热能载体的温度、压力、流量、水质进行检测控制, 以确保满足热泵机组的运行要求。这里有通过在水/地源侧进出水总管上设置温度传感器, 检测通过释放或吸收地热后的水温差;通过总管上的流量计测出冷却水总流量;在一个制冷季和制热季后, 根据总管的进出水参数得出地源热泵一年中向土壤吸收和排放的热量, 并结合土壤热电偶所测温度, 进一步优化调整下一个制冷季和制热季时地源热泵的启停动作参数, 从而使地埋管周围的土壤温度维持平衡。

(2) 运行状态监控

对水泵、阀门、机组的状态、故障、能耗及参数进行监测, 实现远程控制。主要包括启停控制、工况控制、压差控制和显示报警等。

(1) 启停控制

整个水/地源热泵系统的启停控制, 必须严格按照工艺要求的系统连锁启动顺序:冷却水 (地埋管) 环路——冷冻水环路——热泵机组。还需自动记录各机组和水泵的运行小时数, 每次优先启动运行小时数少的机组和水泵。

(2) 工况控制和压差控制

根据当地天气情况灵活设定热泵机组的制冷工况和制热工况的时间。且当建筑负荷较低时, 首先启动一台水/地源热泵机组, 当冷负荷增大、且根据冷水供回水管检测参数计算出的实时冷负荷超过热泵机组的额定量时, 第二台机组投入运行, 反之亦然。此外, 根据设定压差控制负荷供水流量, 以适应末端环路的负荷变化。

(3) 显示、报警

主要包括机组和设备运行状态 (启、停) 显示, 故障报警;各温度、压力、流量监测点测量值显示和记录;瞬时冷量和累积流量的显示和记录;冷水供回水压差显示, 高限报警;机组和设备的运行小时数显示与记录等。

(4) 节能优化

控制系统可对整个水/地源热泵系统的联动、节能运行进行优化, 使其根据实际情况达到最佳的运行状况。其中, 在水/地源热泵空调系统中使用变流量水系统, 可以实现空调负荷的实时跟踪, 降低不必要的能量消耗, 并且通过运用变频调速技术使水泵和风机根据系统负荷不断调整流量, 实现室温的精确控制, 使空调系统处于负荷匹配的理想运行状态。水/地源热泵系统结构图, 如图3所示。

3 水/地源热泵监控系统

水/地源热泵系统的节能运行对自动控制的依赖程度很高, 只有精准的控制才可以产生很好的节能效果, 而自动化控制技术的实施离不开先进的监控设备。本节将重点介绍使用于水/地源热泵系统的主要监控设备及其使用条件。

(1) 监控系统的结构, 如图4所示。

地源热泵监控系统一般采用分布式集散控制方式的三层网络结构:现场层、控制层、管理传输层。DDC至现场设备为现场层, DDC与DDC之间的通信层为控制层, 主机之间通信层为管理传输层。

(2) 水管温度传感器

电子式温度传感器及变送器根据空气或水的温度提供有源信号或无源信号, 它们广泛应用于HVAC领域。该类温度传感器和变送器可提供0～10V信号与所感应的温度成正比, 或提供NTC或Pt 100的无源电阻信号。其特点为外壳及输出信号范围广;并具有IP54保护等级外壳。如图5所示。

(3) 水管压力传感器

水管压力传感器主要应用于冷冻水供回水总管及末端压差管路, 根据检测到的水管压差来控制系统供水流量, 以适应末端环路的负荷变化。同时, 也可通过安装在板式换热器两端进出水的压差变化来判断换热器是否存在阻塞状态。

一般在系统中所用的电子式压力传感器为紧凑坚固型压力变送器, 其输出模拟信号与所感测的压力成线性关系。传感器内电气部分与环境隔离, 不受温度变动、高湿、冷凝及结冰影响, 可靠性高, 重复性好且寿命长。如图6所示。

(4) 流量计

流量计应用于冷冻水和冷却水的供水或者回水总管, 检测冷冻水和冷却水的水流量, 进而计算系统的总制冷量以及地源热泵一年中向土壤吸收和排放的热量, 一般使用电磁流量计来检测水流量。电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在水管管路上, 它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号, 并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方, 它将传感器送来的流量信号进行放大, 并转换成流量信号成正比的标准电信号输出, 以进行显示、累积和调节控制。如图7所示。

(5) DDC控制器

DDC控制器是整个控制系统的核心, 是系统实现控制功能的关键部件。其工作过程是:控制器通过模拟量输入通道 (AI) 和开关量输入通道 (DI) 采集实时数据, 并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号 (A/D转换) , 然后按照特定的控制逻辑进行运算, 最后发出控制信号, 并通过模拟量输出通道 (AO) 和开关量输出通道 (DO) 直接控制设备的运行。如图8所示。

(6) 监控软件

监控软件的应用程序和数据服务器对水/地源热泵系统的数据收集进行管理, 实现实时显示、趋势显示、事件消息、管理员记录和系统设置数据的长期储存等, 同时为网络控制引擎和网络集成引擎所在的网络提供安全的通信。

带有数据服务器的系统用户监控界面具有灵活的系统浏览、用户图形、综合报警管理、趋势分析和总结报告功能。用户可以通过网络浏览器有效地管理舒适度和能源使用以及对危急事件作出快速反应, 并且使控制策略达到最佳。监控系统可以实现多用户并发访问水/地源热泵系统的信息, 并与企业级别的通信网络相兼容。

(7) 网络控制引擎

网络控制引擎是一种基于Web的网络控制器, 采用信息技术和互联网协议进行通信。同时由于采用了建筑自动化行业的网络技术, 如BACnet协议、LonWorks协议等, 使其可以监控和管理加热、通风、空调等设备, 及灯光、安防、门禁等系统的运行。

建筑物内单一或多个网络控制引擎可以提供监控、警告和事件管理、数据交换、趋势分析、能量管理、时间表以及数据储存。它支持单一或多个Web浏览器用户界面, 并采用了密码授权以及IT行业的安全保护技术。

4 水/地源热泵监控系统设计和实施要点

水/地源热泵中央空调计算机节能监控系统设计的目标是满足用户制冷、制热和热水供应需要的同时, 又能最大程度地节约电能。总体方案的构建是否合理有效, 决定了控制系统能否成功实现。系统应根据水/地源热泵空调的运行模式进行设计, 并遵循以下原则:

(1) 控制系统应满足节能要求。由于水/地源热泵空调系统的设计负荷量与实际负荷需求量之间的有较大差异, 设计的控制系统应尽量避免空调系统在“小温差大流量”的不利工况下运行。

(2) 控制系统应稳定可靠。水/地源热泵空调系统部分设备安置在室外, 为确保其长期稳定运行, 控制系统的可靠性一定要高。

(3) 与其他设备匹配。水/地源热泵空调中的压缩机、加热器等设备均建立在负荷分配基础上, 应保证控制系统与它们相互匹配。

(4) 智能化程度高。水/地源热泵空调系统的运行环境极为复杂, 控制系统应能完成室内外环境温度和湿度、地热水温度、热泵机组出口水温以及流量的实时测量, 并在此基础上计算各种负荷及焓值等, 智能自动地进行逻辑判断和运行控制, 以跟随系统负荷变化, 对系统作出最佳工况分配。

控制系统通过安装在现场的各类传感器, 检测室内外环境温度和湿度、地热水温度、地热出口水温及流量、冷冻水的进出口温度和流量等参数, 并将这些测量到的模拟数据转换为数字信号后送给控制器。控制器通过PID或其他控制算法进行运算之后发出相应的控制指令。由控制中心实施对冷冻水泵和冷却水泵的变台数及变频控制, 同时具有与空调主机联锁自动控制功能, 可控制调节温度和湿度。系统还可附加键盘、显示电路和故障报警电路等作为优化。

在监控管理层, 采用工控机作为上位监控机, 与下位机进行接口通信。上位机的作用是对水/地源热泵空调系统进行远程集中操作控制。管理人员可以通过上位机方便地查看空调现场系统运行状况, 对水泵、风机等电机设备进行参数设定和实时控制。利用工控机强大的数据存储能力, 还可将系统运行的各种历史数据存储在计算机的数据库中。这些数据对空调的运行优化具有指导意义, 计算机可以用这些历史数据产生相应的各种参数报表, 可供随时查询和打印。

在现场控制层, DDC设备通过特定的通信协议与上位工控机通信, 将现场采集到的信息传送给上位机, 上位机在对这些信息进行分析处理之后发出控制命令传回给DDC设备控制器, 由DDC对现场设备进行直接控制。同时, DDC设备可以分别对深井水泵、循环水泵和风机等进行启停控制或电机转速设定。电机设备完成启动之后, 即使DDC设备与上位机发生通信故障, 系统依然能够正常运行。

现场数据采集变送层位于控制系统的最底层, 设置有多种信号传感器及变送器, 主要完成现场数据的采集、预处理和变送等工作。利用传感器采集地热水进出口水温、地热水出水压力、热泵出水温度和回水温度、风机送风温度和回水温度、室内外的温湿度等信息, 并由变送器将这些温度、压力、湿度等物理量转换成电流或电压信号再传送给DDC控制器进行数据处理。

系统通过现场数据采集得到水/地源热能载体的温度、压力、流量等参数, 计算得出地源热泵一年中向土壤或水源吸收和排放的热量, 优化调整下一个制冷季时水/地源热泵的运行参数, 从而使地埋管周围的土壤温度维持平衡, 避免出现全年吸、放热不均导致的土壤和水源热堆积问题。

5 工程案例

2010上海世博会“城市最佳实践区”是世博会的创新项目之一, 也被视为上海世博会的一大亮点。“城市最佳实践区”采用了目前各种最先进的技术, 是高科技、新技术、新能源的示范展示项目区。城市最佳实践区世博会时期总建筑面积14.6万平方米, 总冷负荷3.2万千瓦;世博会后总建筑面积35万平方米, 总冷负荷4万kW, 总热负荷1.4万千瓦。在“城市最佳实践区”利用黄浦江水实现江水源热泵 (冷水) 机组系统, 是上海世博会最大的水源热泵项目。

整个实践区内有近40栋单体展馆, 所有展馆的空调冷热水由一个集中的能源中心供应, 其中最远处的展馆离能源中心3km。能源中心有1台9103kW离心式江水源热泵机组、2台2096kW螺杆式江水源热泵机组、4台7032kW离心式江水源冷水机组、3台江水源溴化锂机组, 由13台二次变频水泵将空调冷热水直接输送到实践区内的各个单体展馆。区域供冷/热、江水源、建筑物的多样性以及会中和会后负荷的差异决定了能源中心能源管理非常复杂, 如何保障整个系统高效、节能、安全、自动运行是整个能源管理系统的关键。如图9所示。

由于黄浦江水质较优, 基本可满足水源热泵机组循环水的要求, 同时考虑到腐蚀、清洗等因素可以解决的条件下直接式系统的效率要优于间接式系统。因此, 此项目采用江水直接进入机组的方式;另外为防止江水中所含的腐蚀性离子对换热器造成腐蚀, 机组换热管采用铜镍换热管。制冷及制热的设计参数如下:

制冷:蒸发器侧冷冻水供回水温7/12℃;冷凝器侧江水供回水温32/35℃;

制热:冷凝器侧热水供水温度50℃;蒸发器侧江水供回水温4/7℃。

世博能源中心控制策略分为夏季供冷模式、冬季供热模式、冷热水输送系统和冷水机组自动清洗系统控制策略。

(1) 夏季供冷模式控制策略

在供冷模式下, 所有机组都使用江水作为冷却水源。江水的温度会受到室外温度变化的影响, 即机组的冷却水温度有所波动。同时作为区域供冷项目, 供冷系统的总负荷较大。从可靠性原则出发, 先开离心式热泵机组供冷, 同时考虑节能原则, 因为离心机组的效率高于螺杆机组, 负荷增加时离心式江水源机组优先加机上载, 螺杆式江水源热泵机组最后加机上载。卸载时则优先减机卸螺杆式江水源热泵机组, 接着是离心式江水源机组, 最后减机卸载离心式热泵机组。机房控制系统保证冷冻水供水温度6℃。

整个冷冻水系统的负荷变化体现在冷冻水量需求的增加和减少上。当系统负荷增加时, 系统用户侧水量需求增加, 机房系统旁通管水流方向为部分回水至送水, 导致冷冻水供水温度增加, 以使得机组供冷负荷增大, 当增大到当前机组不足以满足负荷需求时, 再增加一台机组供冷。当系统负荷减少时, 系统用户侧水量需求减少, 机房系统旁通管水流方向为供水至回水, 导致冷冻水回水温度降低, 机组减载, 当负荷降低到一定值时, 减少一台机组供冷。机房控制系统根据冷冻机组本身的运行负荷与建筑负荷之间的关系, 来决定机组的加机和减机。

相对于离心机组, 螺杆机组不存在喘震问题。因此在极端低负荷情况下 (供冷负荷<2110kW) 时, 开启螺杆机组单独供冷。

由于采用江水作为冷却水源, 机组的冷却水进水温度不会因机组增加或减少而变化。因此冷却水泵根据冷水机组的启停相应启停, 保持一致, 采用定频水泵。同时系统设计采用一次泵和二次泵系统, 因此一次冷冻水泵的启停也和冷水机组的启停保持一致。由于供冷和供热模式下输送水流量变化不大, 因此采用定频水泵。

(2) 冬季供热模式控制策略

在供热模式下, 设计使用1台离心式热泵机组和1台螺杆式热泵机组满足供热要求, 两台机组都使用江水作为蒸发器水源。作为区域供冷项目, 供冷系统的总负荷较大。从可靠性原则出发, 同时考虑节能原则, 先开离心式热泵机组供热。负荷增加时螺杆式江水源热泵机组加机上载, 卸载时则优先减机卸螺杆式江水源热泵机组, 接着减机卸载离心式热泵机组。机房控制系统保证热水供水温度50℃。

热水系统的负荷变化体现在水量需求的增加和减少上。当系统负荷增加时, 系统用户侧水量需求增加, 机房系统旁通管水流方向为部分回水至送水, 导致热水供水温度减少, 以使得机组供热负荷增大, 当增大到当前机组不足以满足负荷需求时, 再增加一台机组供热。当系统负荷减少时, 系统用户侧水量需求减少, 机房系统旁通管水流方向为送水至回水, 导致热水回水温度升高, 机组减载, 当减少到一定负荷时, 减少一台机组供冷。机房控制系统根据冷冻机组本身的运行负荷与建筑负荷之间的关系, 来决定机组的加机和减机。

在极端低负荷情况下, 开启螺杆机组单独供热。当实际供热负荷超过设计的供热负荷时, 开启锅炉作为辅助供热。机房控制系统保证热水供水温度50℃。由于燃气成本较高, 因此一旦负荷下降至设计负荷以下, 关闭锅炉供热, 以符合节能原则。

(3) 一次/二次冷冻水/热水输送系统控制策略

能源中心冷冻水、热水系统采用一次/二次水系统。从可靠性原则出发, 机组的一次水泵为定频水泵, 流量维持恒定, 同时用户侧的流量需求变化不影响机组, 机组的运行安全性增加。同时, 考虑到是区域供冷项目, 输送距离较长, 水泵的能耗较大。从节能原则出发, 负责远距离输送的二次泵采用变频泵。

在系统用户侧安装压力传感器, 采集压差变化情况。通过自控系统, 采集的压差信号传递至机房控制系统。机房控制系统根据用户侧的压差变化, 调节二次泵转速, 提供系统需要的水量, 达到节能效果。

同时, 为更好地监测整个输送水回路的状况, 在整个输送水路每隔一段距离放置温度传感器和压力传感器, 采集的信号送至机房控制系统。通过这些信号, 控制系统判断温升及水力平衡情况, 保证系统运行的可靠安全。同时当监测到低负荷时, 控制系统可以适当提高冷冻机组的供水温度, 以提高冷水机组效率, 节省能耗。

(4) 冷水机组自动清洗系统控制策略

江水源系统在拥有高效节能、环保减排等一系列优势的同时, 也存在江水水质低下, 导致污垢在热交换管路中淤积, 降低热交换效率的问题。因此, 需要在冷却水进水系统中设置清洗装置, 本项目采用的是环保球自动清洗系统。小球清洗的整套装置自带控制系统, 通过接口, 机房自控系统和小球清洗系统的控制系统连接, 采集相应参数。冷却水处理流程示意图, 如图10所示。

在冷却水系统中, 环保球通过双循环运转清洗热泵机组的换热管路:球注入循环和球回收循环。在球注入循环中, 球注入泵从冷却水供水管中抽水, 注入球回收器中, 球通过直喷式喷嘴被释放, 进入冷凝器进水管。橡胶小球的直径比冷凝器管子的内径稍大一点, 在系统压力下, 小球被迫通过管子, 沉积的污垢也随之被带走清除。在球注入循环结束的同时, 球回收循环就会开始, 球注入泵停止后, 球回收泵会将小球从滤隔器处回收。球滤隔器防止小球流到江水中, 小球被收集到回收器中, 等待下一次循环。而被球回收泵吸收的冷却水将被释放回冷却水循环管路中。

目前, 整个水源热泵系统运行正常, 进出水温度和流量均十分稳定。黄浦江夏季水表层温度为32℃～26℃;冬季在最冷的环境下, 水表层温度为6℃～8℃;这种温度特性使黄浦江水成为水源热泵理想的冷热源。整个监控系统根据实际的水温情况自动调节水阀开度来满足建筑内冷负荷的变化需求, 并及时调整制冷主机的开启台数与运行状况。

通过能耗软件的模拟计算能源中心采用水源热泵系统比传统的空调系统 (使用冷却塔) 节能26%, 其节能量非常可观, 同时, 由于充分利用了黄浦江水的优良水质与水温, 称得上是真正的“绿色、环保”的能源模式。

6 结束语

地源热泵系统的具体应用 篇10

二、地源热泵空调系统详述

此地源热泵系统, 采用垂直式地耦埋管+冷却塔混合式系统。夏季由两台土壤热泵主机承担基本的冷负荷, 用水冷冷水机组调节峰值负荷, 散热量由地耦管+冷却塔共同实现 (冷却塔仅仅在极端情况地耦管能力不足时投入使用) ;冬季由热泵主机承担热负荷, 冷水机组不运行, 负荷全部由地耦管提供;同时兼顾全年用生活洗浴热水。整个系统由室外换热系统和室内换热系统两部分组成, 室外换热系统根据当地地质条件采用垂直式地埋管换热方式;室内换热系统为地源热泵机组换热系统。

根据实地所做的土壤热响应测试实验得出当地10米以下均为灰岩, 土壤的平均导热系数较高, 达到3.068W/ (m*K) , 非常适合应用地源热泵技术。室外换热为两管制垂直式地耦管换热方式, 施工250个深度为100米的地耦管孔, 每个地耦孔内埋设双U型地耦管;地耦管总长100000米。250个地耦孔分为25组, 平均每10个孔为一组。二次集管将每组内的10个地耦孔串联起来再接到位于机房内的分、集水器上。这样, 在降低施工成本的同时可以最大程度上减少每个组对整个系统的影响。本方案将地耦孔就近施工在建筑物的周边空地 (道路、绿地、停车场) , 可以有效的减少二次集管长度, 降低成本。室外地耦系统注满水后形成一个封闭的水循环, 利用水的循环和地下土壤换热, 将能量在空调室内和地下土壤之间进行转换。其系统稳定, 不需要利用地下水的水量, 不受地下水使用政策和季节变化影响, 不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响。

三、设计施工要点分析

(一) 设计要点

地源热泵系统地耦管的计算是比较复杂, 需要专业的计算软件来完成。在计算上对建筑物全年动态负荷进行优化是很有必要的。在此项目中, 初始设计中的地耦管长度为310000米, 这使得工程初投资增加将近100万元。项目所在地的全年气候状况, 制冷/制暖的周期以及每日的工作时间是在进行计算中需要注意的要点。

(二) 施工要点

保证地耦管孔的深度, 地耦管的长度符合设计要求是施工中的重点。打孔过程中不可避免出现孔深不达标, 废孔的情况, 这会导致地耦管长度不够, 出水温度偏高/低 (夏/冬季) , 机组耗电量增大。此外灌浆也是需要关注的重点。灌浆材料为膨润土和原浆的混合体, 灌浆采用加压回灌方式, 保证密实, 孔内无空腔。

四、能量消耗对比

从两种系统名义功率分别比较年运行费用, 即传统水冷冷水机组+锅炉和地源热泵模式。由表1可知地源热泵相比传

冷却塔

统空调在运行费用方面的有着巨大优势, 主要体现在两个方面:一是地源热泵的COP值高, 其中制冷时COP值高可达到5.6, 制热时COP值高可达到5.2;二是可以夜间制造生活热水, 利用波峰波谷的电价政策降低运行费用。

五、优缺点评价

第一, 地源热泵技术是直接转换成冷、热风, 为房间制冷或供暖, 其技术含量和节能效率高。第二, 采用PE管道埋设的地耦管, 具有高可靠、寿命长 (70年以上) 、免维修、运行成本低等特点, 不受开采地下水的限制, 节省了水资源使用费。第三, 夏季利用主机排放的余热加热生活热水, 无需耗电、耗油;冬季机组既制热又提供热水, 其热水费用与太阳能热水器费用相当。第四, 系统初投资大, 成本回收周期长。第五, 地耦管维修困难。

六、结束语

当今社会, 环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事, 节能与环保应是我国优先解决的课题, 而地源热泵技术运用到建筑物采暖空调中是理想的节能环保型空调技术。

参考文献

[1]、徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].中国建筑工业出版社, 2001.

[2]、王勇.地源热泵的技术经济分析[J].建筑热能通风空调, 2001 (5) .