热泵空调系统

热泵空调系统（精选十篇）

热泵空调系统 篇1

地源热泵空调系统是一种利用低温热源 (如地下水、河流、湖泊、工业废水、中水、地热尾水等) 进行供热或制冷的高效节能空调系统。是以岩土体、地下水或地表水为低温热源, 由地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。其工作原理是:冬季, 热泵机组从地源 (浅层水体或岩土体) 中吸收热量, 向建筑物供暖;夏季, 热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中, 实现建筑物空调制冷。根据地热交换系统形式的不同, 地源热泵系统分为地埋管土壤源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地源热泵系统自20世纪60年代开始在美国提出之后, 经过30多年不断改进和发展, 技术日趋成熟, 已逐渐商品化, 迄今已经在北美建筑中应用了40多年。进入70年代后, 这项技术在日本推广应用很快。东京、名古屋、横滨等城市在70年代初就有很多采用闭式环路地源热泵空调系统的工程实例。自80年代以来, 我国采用地源热泵空调系统的建筑也逐年增多目前, 在深圳、上海、北京以及一些中小城市均有工程实例, 例如北京天安大厦、西安建国饭店、青岛华侨饭店深圳国贸大厦、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了地源热泵空调系统。

二、地源热泵的分类及特点

1.土壤源热泵系统

地埋管地源热泵系统包括一个土壤耦合地热交换器, 它或是水平地安装在地沟中, 或是以U形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器并联连接, 再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接, 它通过循环液 (水或以水为主要成分的防冻液) 在封闭地下埋管中的流动, 实现系统与大地之间的传热。

(1) 应用条件

建筑物附近缺乏水资源或因各种因素限制, 无法利用水资源;建筑物附近有足够场地敷设“地埋管” (例如:办公楼前后场地、别墅花园, 学校运动场等等) 。

在上海和江南的苏、锡、常等地区, 政府对水源热泵的使用有所限制, 地下水严禁开采, 使用地表水也要去水利部门报批, 因此一般采取地埋管的方式。

(2) 特点

其优点是系统不受地下水量的影响, 对地下水没有破坏或污染作用, 系统运行具有高度的可靠性和稳定性。主要缺点是由于管壁传热温差的存在, 机组冬季地源侧水温低于地下水式系统5~10℃, 机组夏季地源侧水温高于地下水式系统10~15℃, 机组运行条件相对较差, 降低了运行效率;埋地换热器受土壤性质影响较大;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;土壤导热系数小而使埋地换热器的持续吸热速率小, 导致埋地换热器的面积较大等。

2.地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统分为两种, 一种通常被称为开式系统, 另一种则为闭式系统。开式地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组, 之后将井水回灌地下, 由于可能导致管路阻塞, 更重要的是可能导致腐蚀发生, 通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。在闭式地下水地源热泵系统中, 地下水和建筑内循环水之间是用板式换热器分开的, 系统包括带潜水泵的取水井和回灌井, 地下水位于较深的地方, 由于地层的隔热作用, 其温度随季节气温的波动很小, 特别是深井水的水温常年基本不变, 对热泵的运行十分有利。

(1) 应用条件

建筑项目附近地下水资源丰富, 并便于实施供回水工程;地方政策允许利用地下水;地下水温适度, 水质适宜, 供水稳定, 回灌顺畅。

(2) 特点

优点是系统简便易行, 综合造价低, 水井占地面积小, 可以满足大面积建筑物的供暖空调的要求。缺点是地下水热泵系统需要有丰富、稳定、优质的地下水;此外, 即使能够全部回灌, 怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的问题。

3.地表水地源热泵系统

地表水地源热泵系统, 由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器, 与土壤热交换地源热泵一样, 它们被连接到建筑物中, 并且在北方地区需要进行防冻处理。地表水地源热泵系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。

(1) 应用条件

建筑项目附近有丰富的地表水 (例如:江水、河水、湖水、海水、水库水、污水、中水、地热尾水、工业废水等等) ;水量充足, 水温适度, 水质经简单处理能达到使用要求。

(2) 特点

优点是系统简便易行, 初投资较低。缺点是地表水地源热泵系统也受到自然条件的限制;此外, 由于地表水温度受气候的影响较大, 环境温度越低热泵的供热量越小, 而且热泵的性能系数也会降低;一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因素有关, 需要根据具体情况进行计算;这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。

总体来说, 所有地源热泵系统都有着突出的技术优点:高效、节能、环保、无污染, 地源热泵系统在冬季供暖时, 不需要锅炉或增加辅助加热器, 没有氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放, 因而无污染;由于是分散供暖, 大大提高了城市能源安全;运行和维护费用低, 简单的系统组成, 使得地源热泵系统无需专人看管, 也无需经常维护;简单的控制设备, 运行灵活, 系统可靠性强;节省占地空间, 没有冷却塔和其它室外设备, 节省了空间和地皮, 并改善了建筑物的外部形象;较长的使用寿命, 通常机组寿命均在15年以上;供暖空调的同时, 可提供生活热水。

三、经济性

地源热泵系统价格差别主要来自于系统使用的地区不同、建筑围护结构节能水平差别、项目类别和功能差别。根据现有实际工程测算, 如采用地下水式地源热泵系统, 系统初投资约为250~420元/m2, 其中冷热源部分投资约150~220元/m2;如采取土壤源地源热泵系统, 初投资约为300~480元/m2, 其中冷热源部分投资约为200~270元/m2。若和目前常规单一供暖方式相比, 燃煤锅炉房供暖系统投资约150~200元/m2, 燃气分散锅炉房供暖系统投资约100~150元/m2, 热电联产集中供热系统投资约200元/m2 (包括增容费) , 地源热泵系统初投资要高, 但地源热泵系统提供供暖空调生活热水多重功能, 而传统集中供热基本为单一供暖功能, 不可完全类比。

采用地源热泵系统作为楼宇空调系统, 其运行费用可大大降低。用地源热泵系统供暖时, 根据不同的地域、气候、资源、环境, 其运行费用可比传统中央空调系统降低25%~50%。

四、换热器埋管技术

1.地下埋管形式

土壤源热泵系统将换热器管埋于地下, 埋管形式有水平埋管和竖直埋管两种。

水平埋管通常浅层埋设, 开挖技术要求不高, 初投资低于竖直埋管, 但其占地面积大, 开挖工程量大。这种形式在地源热泵技术的早期应用中较多, 现国内外工程己很少采用。

竖直埋管地源热泵系统占地面积小, 受外界的影响极小, 恒温效果好;施工完毕后, 需要的维护费用极少, 用电量也低, 运行成本得到了大幅度降低。它比较适合我国这样人多地少的国家建造, 同时, 它也是国际地源组织的推荐形式。目前国内外应用较多, 发展也较快。如何提高钻孔效率, 降低初投资中的钻孔费用是需要考虑的重点。

竖直埋管换热器根据埋设的方式不同大体可分为U型管形式, 套管形式, 单管形式。

目前, 以U型管的形式运用较多, U型管管径一般在50mm以下, 流量不宜太大。U型管换热器的埋深取决于可提供的场地面积以及施工技术, 一般在60m~100m。目前国外最深的U型管埋深已超过180m。

套管式换热器外管的直径可达200mm, 由于增大了换热面积, 可减少钻孔数和埋深。但内管与外腔中的液体发生热交换会带来热损失, 而且下管的难度和施工费用也增加。

单管型埋设方式可以降低安装费和运行费。在地下水位以上用钢管作为护套, 直径和孔径一致, 典型的孔径为150Dxn, 地下水位以下为自然孔洞, 不加任何设施。这种方式受水文地质条件限制, 使用有限。

2.地下埋管换热器施工方法

地下埋管换热器施工前应对埋管场地的工程地质状况和地质剖面图进行研究, 特别应注意是否有地下管线, 以确定钻机型式和调整埋管布局, 根据管道平面布置图确定钻孔的具体位置和系统各管道的标高。在主管沟末端要挖一个泥浆池, 钻于L过程中产生的泥浆可顺管沟流入泥浆池中沉积, 可收集作为回填物之用。

(1) 钻孔

钻孔是竖埋管换热器施工中最重要的工序。为保证钻孔施工完成后于孔壁保持完整, 如果施工区地层土质比较好, 可以采用裸孔钻进;如果是砂层, 孔壁容易坍塌, 则必须下套管。

孔径的大小略大于U型管与灌浆管组件的尺寸为宜, 一般要求钻机的钻头的直径根据需要在150mm—220mm之间, 钻进深度可达到50m—150m, 钻孔总长度由建筑的供热面积大小、负荷的性质以及地层及回填材料的导热性能决定, 对于大中型的工程应通过仔细的设计计算确定, 地层的导热性能最好通过当地的实测得到。由于钻孔深度较浅, 一般采用常规的正循环钻进方法。在特殊地质条件下可采用其它方式的钻机如;反循环钻机、岩心钻机等。

(2) 下管

下管是工程的关键之一, 因为下管的深度决定采取热量总量的多少, 所以必须保证下管的深度。下管方法有人工下管和机械下管两种, 下管前应将U型管与灌浆管捆绑在一起, 在钻孔完毕后, 立即进行下管施工。

钻孔完毕后孔洞内有大量积水, 由于水的浮力影响, 将对放管造成一定的困难;而且由于水中含有大量的泥沙, 泥沙沉积会减少于L洞的有效深度。为此, 每钻完一孔, 应及时把U型管放入, 井采取防止上浮的固定措施。在安装过程中, 应注意保持套管的内外管同轴度和U型管进出水管的距离。对于U型管换热器, 可采用专用的弹簧把U型管的两个支管撑开, 以减小两支管间的热量回流。下管完毕后要保证U型管露出地面, 以便于后续施工。

(3) 灌浆封井

灌浆封井也称为回填工序。在回填之前应对埋管进行试压, 确认无泄漏现象后方可进行回填。正确的回填要达到两个目的:一是要强化埋管与钻孔壁之间的传热, 二是要实现密封的作用, 避免地下含水层受到地表水等可能的污染。为了使热交换器具有更好的传热性能, 国外常选用特殊材料制成的专用灌注材料进行回填, 钻孔过程中产生的泥浆的间距。沉淀物也是一种可选择的回填材料。回填物中不得有大粒径的颗粒, 回填时必须根据灌浆速度的快慢将灌浆管逐步抽出, 使混合浆自下而上回灌封井, 确保回灌密实, 无空腔, 减少传热热阻。当上返泥浆密度与灌注材料的密度相等时, 回填过程结束。系统安装完毕, 应进行清洗、排污, 确认管内无杂质后, 方可灌水。

(4) 换热器安装及管道联接

U型管换热器应尽量采用成卷供应的管材, 以利用单根管制作成一个埋管单元, 减少连接管件。管道连接有焊接、承插两种方法。对于高密度聚乙烯 (PE) 管段和管件之间的连接都采用专用设备进行热熔焊接。对于埋深不大或场地允许时, 应在地面把套管连接好, 然后利用钻塔进行放管。对于承插式连接, 一定注意在活性胶干了之后才能使用。

五、可能存在的问题

1. 气候适应性。

该类问题主要与冬季恶劣的天气有关。通常指在异常寒冷天气工况下系统中某一独立热泵单元跳闸或整个系统执行自动保护的现象。其它的故障包括由于未保护水管造成水管冻结、冻破或综合建筑物内部管路的损坏或供暖无效引发的室内舒适性的问题。

2. 舒适性。

这类问题的原因包括系统没有足够的供冷、供热能力满足建筑物冷、热负荷的需求, 这可能与地热设备容量偏小、建筑物的密封性不佳、室内空气分布系统设计不合理有关。

3. 噪声。

如果系统设计时没有考虑系统运行的噪声水平是否符合建筑物的使用标准, 那么空气噪声和水流噪声都可能会出现问题。因此有必要合理设计水的流速、管子的形状和尺寸以及管路的固定吊架、风道设计、占用的空间和有效隔离噪声源。

4. 运行费用。

地源热泵系统的主要运行费用包括用电费用、维修费用和管理费用。通常系统运行时的主要问题是实际费用超过设计阶段时的预计费用。

5. 可靠性。

通常这类问题包括:热泵无法满足某个建筑物或整个区域的负荷需求, 运行周期过长或过短, 送风或供水的温度无法达到设计的要求;冬夏冷热负荷不均, 造成的效率下降;水源热泵具备执行自动保护的功能, 通常自动保护设定参数有一个或多个, 例如水流量过低保护、制冷剂低压或高压保护、压缩机排气温度过高保护、空气流速过低、或热泵生产厂家为其它的有害状态而设定的保护参数, 系统频繁地执行自动保护功能会带来使用上的不便。

6. 设计问题。

地埋管地源热泵系统成功的关键是地下换热器的设计与实施, 国内掌握这项技术的设计单位不多, 能做地下热物性参数测试的单位很少。

7. 施工问题。

很多厂家进入市场时都没有自己的施工队伍, 安装没有保障, 因此导致质量问题较多。在市区进行打井和埋管操作是否现实也需考虑。

8. 使用寿命。

地源热泵兴起的时间不长, 有待检验。埋管系统的管材使用年限和埋地管材报废后的白色污染问题也需考虑。

摘要：本文系统地研究了地源热泵系统的分类及各类地源热泵系统的主要特点, 对其经济性进行了初步分析, 对系统换热器埋管技术进行了总结, 并分析了工程中采用地源热泵系统可能存在的主要问题。

电动汽车热泵空调系统的实验研究 篇2

轩小波

1.2.1,2陈斐

1,2

上海新能源汽车空调工程技术研究中心

上海加冷松芝汽车空调股份有限公司制冷研究院

摘要：基于一款电动汽车空调设计了热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。结果表明，环境温度越高双换热器系统和三换热器系统的换热性能越高，且三换热器系统的性能优势越明显；压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃工况下，三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，系统COP分别提高15.0%、16.5%和18.2%，提高了电动汽车乘员舱的舒适性和能效比。

关键词：电动汽车

热泵空调

实验研究

三换热器系统

系统COP Experimental Research of Heat Pump Air-conditioning System

for Electric Vehicle

Songz automobile air conditioning co.,ltd Shanghai 201108

Abstract: Designed a test bench of heat pump air conditioning system based on an electric car air-conditioning.The impact of heat pump air conditioning system transfer performance, average temperature of the outlet assembly and the system coefficient of performance were studied base on two exchangers system and three exchangers system, under different compressor speeds and different ambient temperatures.The test results indicate that, higher the ambient temperature, higher the heat transfer performance of the two exchangers system and three exchangers system, transfer performance advantages more obvious of the three exchangers system.Under compressor speed is 5500rpm, ambient temperature is 7℃,1℃,-5℃conditions, average temperature of outlet assembly of the three exchangers system higher 8.0℃, 7.2℃ and 6.1℃ than the two exchangers system, the coefficient of performance increased 15.0%, 16.5% and 18.2% respectively, and the electric vehicle passenger compartment comfort and energy efficiency is also improved.Key words: electric vehicle

heat pump air-conditioning

experimental research three heat exchangers system

system coefficient of performance

1前言 由于新能源电动和混动汽车工业的快速发展，空调系统能耗对电动汽车续行里程的影响日益凸显，这对电动汽车空调系统的节能降耗提出了更高要求。目前市场上的电动汽车冬季大多都采用PTC加热方式采暖，不仅能耗高而且制热效率低，电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题，热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。

［］

热泵是利用少量高品位能源使热量由低温热源流向高温热源的节能装置1，在电动汽车中使用热泵空调系统取暖，可利用电能将环境中的热量泵送到车室内，得到的热量为消耗

［］的电能与吸收的低位热能之和，因此其能效比大于1[2]；魏名山等人3针对电动汽车在冬天取暖时能耗较高的问题，设计了一套用于取暖的热泵空调系统；热泵COP 是制热模式下热

［］［］泵空调系统的实际制热量与实际输入功率的比值4；Hosoz 等人5将传统燃油汽车空调改装为热泵空调，研究了不同压缩机转速与系统换热量、COP 等参数之间的关系。

本文设计了用于电动汽车室内采暖的热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。

2电动汽车热泵空调系统

电动汽车热泵空调系统原理如图1所示，主要由电动压缩机、单向阀、四通换向阀、节流装置、室内外换热器、气液分离器等组成。

图1 电动汽车热泵空调系统图

制冷模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室外换热器，在室外换热器内与外界空气进行热交换冷凝为低温高压的制冷剂液体，流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室内换热器，与室内空气进行交换实现蒸发吸热以达到降低乘员舱内温度的目的，最后从室内换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制冷循环。

制热模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室内换热器，与车内空气进行热交换以达到提升乘员舱内温度的目的，冷凝为低温高压的制冷剂液体流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室外换热器与室外空气进行热交换，最后从室外换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制热循环。

3实验装置与方法 3.1 实验装置

本热泵系统室内空调箱采用一款车用HVAC总成改装而成；实验台架如图2所示。

室外换热系统

室内换热系统

图2 热泵系统实验台架

压缩机作为系统的主要部件对系统的换热性能起着重要作用，该系统选用一款排气量为24cc的车用电动涡旋压缩机，具体参数如表1所示。

表1 涡旋式电动压缩机参数

项目 压缩机型号(代号)压缩机型式 排气容积

压缩机周围环境温度

转速范围

制冷剂

冷冻油种类

冷冻油注入量

单位--cc/rev ℃ rpm − − ml

规格

EVS24HLBBAA-5AA 汽车空调用电动涡旋压缩机-40～80 1500-6000 R134a HAF68、POE

120±20(补充油量根据具体情况协商)室外换热器采用专为汽车热泵空调系统设计的串片式换热器，是将多孔扁管和翅片采用穿插式结构利用全铝钎焊技术将两种部件焊接而成，加之翅片的百叶窗结构或错窗结构，使得系统在制热模式下此换热器作为蒸发器使用时具有良好的防结霜功能，此种换热器在低温环境下工作同时具有良好的换热性能及分液均匀性。为了解决室内换热器在制热模式下做为冷凝器使用时换热性能不足的问题，本热泵空调系统使用两个内部换热器串联的方式代替传统的一个换热器进行热交换；两个换热器分别为平行流微通道换热器及小管径翅片管式换热器，平行流换热器的位置在HVAC总成中位置保持不变，翅片管式换热器安装在总成中暖风芯体的位置，即充分利用了总成中有限的空间，又提升了室内换热器在系统制热状态下的换热性能；制冷模式下通过两位三通阀自动关闭翅片管式换热器，由平行流换热器单独工作。室内、外换热器主要参数如表2所示。

表2 室内、外换热器参数

名称 串片式换热器平行流式换热器 管片式换热器 外形尺寸/mm 迎风面积/m2 656×357×38 281×249×38 271×157×35

0.214 0.056 0.038

管径/mm 16×1.8 16×1.8 Ø5

最大承受冷媒压力/MPa

4.5 4.5 6 系统采用具有双向节流功能的热力膨胀阀，压缩机吸气口前安装有带干燥过滤功能的气液分离器，在系统中既能起到干燥过滤的作用，又能避免系统低温制热模式下压缩机发生液击的风险，且减少空调系统庞大的连接回路，简化了控制系统、降低了因接口过多造成冷媒泄漏的机率、提高了系统的密封性，更为节能环保。压缩机排气口处增加油分离器，保证热泵系统在低温环境下工作时润滑油能够在压缩机内流动顺畅，避免排气温度过高而造成压缩机损坏。其他主要仪器参数如表3所示。

表3 主要仪器参数

仪器名称 质量流量计 压力传感器 温度传感器

3.2 实验方法

室内换热系统及室外换热系统分别布置在两个不同的温度环境中，即模拟系统低温制热工况下车内、外的环境条件。在不同的环境温度、压缩机转速下测试双换热器及三换热器热泵系统对换热性能、HVAC总成出风口温度及系统COP的影响。

测量范围 0～400 kg/h 0～5 MPa-40℃～120℃

精度/% 0.5 0.2 0.15 4 实验结果与分析

压缩机转速5500rpm时，室外环境温度分别为7℃、1℃、-5℃时双换热器系统、三换热器系统换热性能如图3所示。环境温度为7℃时三换热器系统换热性能较双换热器系统性能大28%，环境温度为1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统换热性能分别大25%和19%；即随着环境温度的升高，两种系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势较双换热器系统越明显。

图3 两换热器系统换热性能

图4 两换热器系统总成出风口平均温度 实验过程中此HVAC总成的送风模式选定为全热/除霜/外循环，为了监控总成出风口温度，在除霜风口均匀布置8个热电偶。不同环境温度下两种系统的总成出风口平均温度如图4所示。室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃。由此可知，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性。

不同环境温度下两种换热器系统的COP如图5所示。压缩机转速5500rpm，环境温度为-5℃时，三换热器系统与双换热器系统COP分别为2.73和2.31，室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统COP分别高出15.0%、16.5%和18.2%；对同一种换热器系统，不同的环境温度下系统COP变化并不明显，如三换热器系统：7℃环境温度下系统COP只比-5℃环境温度下系统COP大0.19，这说明随着环境温度的上升，系统换热性能提高的同时压缩机的功耗也随之升高。

图5 双换热器、三换热器系统COP对比

图6 系统COP随压缩机转速变化曲线

环境温度为-5℃时，双换热器系统与三换热器系统COP随压缩机转速变化情况如图6所示。随着压缩机转速的不断升高系统COP逐渐降低，即压缩机转速越低系统COP越高反之系统COP越低，这说明随着压缩机转速的升高，系统换热性能的提升比小于压缩机功耗的提升比。

5结论与展望

通过实验研究电动车热泵空调双换热器和三换热器系统的换热性能、总成出风口平均温度及系统COP，得出结论：

（1）随着环境温度的升高，双换热器系统及三换热器系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势越明显。

（2）压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃条件下：三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性，三换热器系统较双换热器系统COP分别高出15.0%、16.5%和18.2%;对于同一种换热器系统不同的环境温度条件下系统COP变化并不明显。（3）压缩机转速越高系统COP越低，压缩机转速越低系统COP越高。（4）为了实现电动汽车热泵空调在更低的环境温度下同样具有较高的换热性能及系统COP, 可选择喷气增焓式电动压缩机与chiller或同轴管配合使用做更深一步的研究和探索，为电动汽车热泵空调尽早实现工业化奠定基础。

参考文献：

别墅型建筑地源热泵空调系统设计 篇3

摘 要： 地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖制冷空调系统，通过输入少量的高品位能源（如电力、机械功、燃气和液体燃料），实现热量从低温热源向高温热源的转移.以上海某小型别墅为对象，设计了一套家用地源热泵空调系统.首先计算了夏季冷负荷和冬季热负荷，然后根据冷、热负荷选择一套水源热泵机组（MWH080CR型机组）和相应的风机盘管，进行了室内水管环路系统、土壤热交换器和地板采暖的设计选型，最后对系统的能效比进行了计算.结果表明，该空调系统具有节能环保、稳定可靠、舒适耐用等优点.

关键词： 地源热泵系统； 地埋管换热器； 地板采暖； 风机盘管

中图分类号： TQ 051.5；TU 243 文献标志码： A

Design of ground source heat pump air conditioning system in a villa

XIE Yingming，WANG Shuhao

（School of Energy and Power Engineering， University of Shanghai for

Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Ground source heat pump uses the solar energy stored in soil as a heat source for heating and refrigeration.This air conditioning system was operated through the import of a small number of highgrade energy （such as electricity，mechanical power，and gas or liquid fuels） to transfer this heat from low temperature heat source to high temperature heat source.The design of a ground source heat pump system for a small villa in Shanghai was described in this paper.Firstly，the cooling load and the heating load of the villa were calculated.Secondly，a watersource heat pump （Integrated horizontal MWH008CR，McQuay Air Condition Ltd model） and its corresponding fancoil units were chosen.Thirdly，the indoor waterpipe loop system，ground source heat exchanger，and floor heating system were designed and their corresponding water pumps were selected.At last，energy efficiency of this system was calculated.It could be concluded that this ground source system has the merits of energy saving，environmental protection，high reliability，comfortability，and durability.

Keywords： ground source heat pump； ground heat exchanger； floor heating system； fancoil unit

地源热泵是一种利用浅层土壤或含水层实现供热和空调制冷的高效节能设备[1].通过输入少量的高品位能源（如电力、机械功、燃气和液体燃料），实现热量从低温热源向高温热源的转移.已有研究[2]表明：5 m以下的地下土壤温度基本不随外界环境及季节的变化而改变，相当于当地年平均气温，即土壤具有较好的蓄能特性.因此，土壤是一种理想的冷/热源.地源热泵作为一种节能环保型空调装置，已被各国政府确立为值得大力推广应用的新型空调技术[3].

上海属于夏热冬冷地区，最热月平均气温达30.2℃，最冷月平均气温为4.2℃，其气候条件适合推广地源热泵.上海地区的浅层土是以黏土、亚黏土及粉砂为主的软土，属第四纪积层，且土壤潮湿，地下水位高，是埋管系统较合适的土壤类型.另外，别墅建筑一般带有花园，具备供地源热泵系统布管的土壤面积，因此在上海地区别墅建筑中采用地源热泵空调系统是完全可行的.

1 设计方案的确定

该别墅位于上海浦东新区，总建筑面积为220 m2.该别墅分为车库、厨房、大厅、卧室、卫生间等若干区域，其中，空调房间面积为154.85 m2，地上三层，地下室作为机房，每层层高均为3 m，周围有足够面积的空地供地源热泵系统布管.

经现场对深层土壤导热系数进行测试发现，该别墅所在地土壤导热性能良好，适合作为热泵系统的冷/热源.综合考虑节能环保要求以及现场具体情况和业主要求，该别墅采用家用地源热泵空调系统.

2 负荷计算及送风量确定[4 5]

夏季房间的冷负荷包括建筑维护结构传入室内热量（太阳辐射进入的热量和室内外空气温差经维护结构传入的热量）形成的冷负荷、人体散热形成的冷负荷、灯光照明散热形成的冷负荷、其它设备散热形成的冷负荷以及新风带入的冷负荷.经计算，夏季别墅冷负荷及送风量如表1所示.新风带入的冷负荷QW=5 632 W，因此，别墅夏季总冷负荷Q为房间的冷负荷Qa和QW之和，即Q=Qa+QW=27.6 kW.总送风量为2 705 m3·h-1.

3 土壤源热泵系统的设计

土壤源热泵系统设计主要包括热泵机组的选择、地埋管换热器的设计、室内水管环路系统的设计以及地板采暖系统的设计.土壤源热泵系统如图1所示.

3.1 热泵机组的选择

由于各个房间使用功能、使用时间均不同，住宅空调的同时使用系数较低，一般在0.5～0.8之间.考虑到别墅住宅的舒适性和同时使用率较高的特殊情况，使用系数取为0.8.因此Q=27.6×0.8=22.1 kW.根据冷负荷确定选用MWH系列整体式水源热泵的MWH080CR型机组，其机组性能参数如表2所示.

3.2 地埋管换热器的设计及泵的选型

为保证各环路之间水力平衡，并综合考虑经济性和防腐性，本文采用单个U形管[6]并联的同程式系统，管材选用高密度聚乙烯（PE）管.考

图1 土壤源热泵系统

Fig.1 Ground source heat pump system

式中：W为机组水流量，L·s-1，该机组为1.47 L·s-1；di为竖埋管内径，mm，竖埋管选用De25管子；v为竖埋管管内流速，m·s-1，此处取v=0.65 m·s-1[8].

经计算，n=6.93，取整为7.

对竖直单U形管，孔深l可根据式（5）确定，即

l=L2n=43.7 m

（5）

综合考虑当地地质、钻孔的难易程度、施工费用以及可用于布置地埋管换热器的场地面积，将孔深确定为45 m，钻孔直径为80 mm，钻孔内U形管换热器底部距井底1.0 m，U形管换热器长度44 m.土壤热交换器平面布置如图2所示，各环路管径图中己说明，标号1～7为钻孔位置.

水泵扬程Ph包括最不利环路上管路压力损失、热泵机组的压力损失、环路上平衡阀和其它设备元件的压力损失[7]，即

Ph=k1（hf+hd+hm）

（6）

式中：k1为附加系数，单台水泵工作时k1=1.1；hf为总沿程阻力，Pa；hd为总局部阻力，Pa；hm为设备压力损失，Pa.

图2 土壤热交换器平面布置

Fig.2 Layout of soil heat exchanger

经计算，hf=47 001 Pa，hd=6 608.2 Pa，hm=16 kPa，Ph=75 068 Pa.因此，选用单级单吸卧式离心泵ISW32

125.

3.3 室内水管与风机盘管的设计

3.3.1 室内水管环路系统设计[9]

（1） 送风口的位置及回风布置

该别墅的独立区域有卧室、起居室、大厅、厨房、卫生间等共计10处.考虑到各个区域的实际空调效果要求及可能的独立制冷需要：大厅和起居室面积大，分别设置两个送风口，采用顶送风上回风；卫生间出于简洁和经济性考虑不单独设置送风口，这也可防止其产生的异味通过回风管通至其它房间，造成二次污染；楼道、车库及三楼过道不送风；厨房送风但不回风；除客厅外，其余送风房间的送风口均设置在进门口，采用侧送风侧回风的送风方式.

（2） 水管系统设计

水管系统设计主要包括管材的选用、水管管径的确定和水管阻力的计算.本文选用镀锌钢管，然后根据合理的管内流速，确定最佳管径.计算得最到不利管路阻力为28 910 Pa，最大流量为4.27 m3·h-1.因此，选用单级单吸卧式离心泵ISW32

125.

3.3.2 室内风机盘管的选型

根据各个房间的制冷量及送风量要求，选择风机盘管机型，其中：一楼大厅选择卡式嵌入型风机盘管MCKW800A和卧式暗装风机盘管MCW300C；二楼活动室选择立式暗装风机盘管MFCW300A；二楼厨房、餐厅，以及三楼主次卧均选择卧式暗装风机盘管MCW200C；三楼起居室选择立式暗装风机盘管MFCW200A.

3.4 地板采暖系统的设计

地板辐射供暖是一种利用建筑物内部的地面进行供暖的系统，是一种新型的环保采暖方式.典型的埋管式地板辐射供暖结构如图3所示[10].

3.4.2 泵的选型

流量

G=KQΔt·c

（7）

式中：Δt为设计供水和回水温差，取为10℃；c为水的比热，c=4.2×103 J·kg-1·℃-1；K为储备系数，取为1.3.

经计算流量G=2.38 m3·h-1.因此选用单级单吸卧式离心泵ISW20

110.

3.5 系统能效比计算

该系统能效比为热泵机组的制冷量或制热量与所有耗电设备的功率之比，其中：泵所消耗的功率P=1 670 W；热泵机组的制冷、制热功率分别为Pa、Pb，取值如表2所示.

夏季能效比

β1=Q0Pa+Pc

（8）

冬季能效比

β2=QkPb+Pc

（9）

式中，Pc为水泵功率.

经计算，β1=3.08，β2=3.49.

4 结 语

本文以上海某别墅为对象，根据工程建筑负荷特点和当地的地质资料设计了一套家用地源热泵空调系统.经计算，该系统夏季和冬季的能效比分别为3.08和3.49，达到了节能和环保的效果.此外，该系统还具有运行稳定可靠、舒适程度高、使用寿命长、应用范围广等特点.

参考文献：

[1] 焦文静，戴传山.我国地源热泵相关技术专利综合分析[J].能源研究与信息，2012，28（1）：1-2.

[2] 胡松涛，郭潇潇，李绪泉.地源热泵技术在生活热水供应中的应用[J].流体机械，2007，35（9）：62-64.

[3] 汪洪军，李新国，赵军，等.地下耦合地源热泵机组冬季供热性能分析与实验研究[J].流体机械，2003，31（12）：51-54.

[4] 赵荣义.简明空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[5] 李岱森.简明供热设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[6] FLORIDES G，KALOGIROU S.Ground heat exchangersa review of systems，models and applications[J].Renewable Energy，2007，32（15）：2461-2465.

[7] 蒋能照，刘道平.水源·地源·水环热泵空调技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[8] 王鹏英.上海地区别墅建筑地源热泵空调系统设计[J].暖通空调，2003，33（6）：80-83.

[9] 寿炜炜，姚国琦.户式中央空调系统设计与工程实例[M].北京：机械工业出版社，2004.

浅谈水环热泵空调系统 篇4

1 水环热泵空调系统的原理

水环热泵空调系统的基本工作原理是:在水/空气热泵机组制热时,以水循环环路中的水为加热源;制冷时,则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行的吸热量小于制热运行的放热量时,循环环路中的水温度升高,到一定程度时利用冷却塔放出热量;反之循环环路中的水温度降低,到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。只有当水/空气热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时,循环环路中的水才能维持在一定温度范围内,此时系统高效运行。

一幢建筑物可划分为外区和内区,外区是暴露在环境中的外墙、窗和屋顶,其空调负荷随环境温度变化而变化,而内区一般不与环境直接接触,具有常年恒定的设备和人员散热量,通常冬季也需要供冷。水环热泵空调系统可有以下四种工况:

1)冬季非常冷时,整座建筑物需要供暖,外区和内区均处于供2.4 故障现象四暖循环,分散安装于各房间的热泵机组都从循环水中吸收热量,而这些热量必须由加热装置(可用油、煤气、电或太阳能作热源)补给。

2)冬季较温和时,内区需要供冷,而外区需要供暖,建筑物内部就可以进行能量的转换而不需要启动加热或冷却装置。

3)夏季整座建筑物需要供冷,建筑物内的热量经热泵机组被循环水吸收,而这些热量必须用冷却装置予以排放。冷却装置包括闭式或开式冷却塔、换热器、井水或冷却池。

4)过渡季节,多数房间不需要空调,只有部分房间需要供冷或供热,此时建筑物内部也可以进行能量的转换而不需启动加热或冷却装置。

2 水环热泵空调系统的特点

在室外空气温度较低的情况下,建筑物的周边区需要额外的热量来维持室内温度的稳定舒适,建筑物的内区则因为存在室内热源如:照明、设备、人体等散热而需要降低室内的温度。水环热泵空调系统通过同时连通建筑物周边区和内区的水循环环路,可以将内区产生的余热转移到周边区,在对内区供冷的同时对周边区供热,因此,该系统的建筑物热回收效果好,在充分利用余热的同时节约了能源。

当建筑物内部由供热工况机组和供冷工况机组模式同时运行时,采用水环热泵空调系统的运行费用最多可降低至50%左右。为了达到同时供冷供暖的效果,水环热泵空调系统的水循环环路仍然采用两管制,不会存在减少常规的四管制的风机盘管系统对各个条件要求不同的房间空调时所出现的冷热量抵消,避免了由此造成的能量的无谓消耗,更节省了管道系统的初投资费用。

由于水循环路中的水温在常温范围内,与环境温度的温差不大,常温水所消耗的能量比常规空调系统小得多。同时,减少了输配过程中的冷热耗散等损失,环路的热损失也比常规空调系统要小得多,且水循环环路管道可不设保温和防潮隔湿,减少了保温层及其他的一些材料费用。

3 水环热泵中央空调系统的优点

1)投资少、运行成本低是水环热泵空调系统的显著特点。2)独立新风系统,避免空气中细菌病毒交叉感染,有利于提高健康最佳的部分负荷节能、减少运行费用。3)水环热泵中央空调系统省去了冷水机组及冷冻水泵安装调试,工程量减少,降低初投资。由于系统能效比高,总功耗小,建筑物变压器容量可下降15%～25%。省略了空调主机机房、降低了造价,较传统中央空调系统节能,节能率在17%以上[3]。4)空调系统简单、节省空间。水环热泵中央空调系统,每个房间为一个独立制冷系统,冷凝器散热集中用冷却塔水系统冷却,每个房间空调设备可采用吊顶内藏式、壁挂式、柜式等多种形式,不用单设机房和泵房。5)调节灵活:水环热泵空调系统可以同时实现制冷制热,满足不同房间、不同区域的空调要求。6)计费方便,易实现单独计费。

4 水环热泵空调系统的缺点及解决途径

1)建筑物内余热不足,解决这个问题的途径就是由建筑物的外部引进低温热源,以替代建筑物内的余热量。太阳能、水(地表水、井水、河水等)、土壤、空气均可作为水环热泵空调系统的外部能源[2]。此外,空气/水热泵与水/空气热泵耦合双级热泵供暖系统,在寒冷地区,用空气源热泵冷热水机组制备10 ℃～20 ℃低温水,通过水环路送至室内各个水/空气热泵机组中,水/空气热泵再从水中得到热量,直接加热室内空气,达到供暖目的[4]。

2)小型的水/空气热泵机组的制冷性能系数COP远小于大型冷水机组,而且在相同制冷量条件下价格就其他形式的主机来讲也偏高。

3)小型的水/空气热泵机组安装在室内,热泵机组内部的压缩机和风机将会成为一个很大的噪声源,无法满足室内环境的噪声标准要求。实践表明,如果在工程建设过程中能够正确对待噪声问题,采取合理措施,完全可以满足室内环境噪声标准要求[5]。

4)提高水环热泵空调系统在供冷中的经济性,在空调系统设计中采用混合系统的形式。水/空气热泵机组同其他空调设备共同组合成为全新的空调系统。为了提高系统运行的经济性,在建筑物内区设置单元式空调机组(水冷),向内区供冷,而周边区设置水/空气热泵机组,向周边区供冷或供热[4]。

5 结语

只要合理设计、规范安装、灵活管理,水环热泵空调系统就一定能发挥出它既有的经济、节能、环保等优点。但我国幅员辽阔,地区差异较大,具体应用时应根据当地气象条件、建筑形式、内部负荷等作具体经济分析比较才能确定方案,以发挥水环热泵系统的节能效果。水环热泵空调系统本身回收建筑物余热、节约能源,若能与太阳能、水(地表水、井水、河水、排放废水等)、土壤、空气等低位热源相结合,更能拓宽其应用范围。在国家日益重视建筑节能的今天,水环热泵空调系统有着巨大的节能潜力和广阔的应用前景。

摘要：介绍了水环热泵空调系统的原理及其特点,阐述了水环热泵中央空调系统的优点,分析了该系统的缺点,并提出了相应的解决措施,指出水环热泵系统具有良好的节能效果,同时具有巨大的节能潜力和广阔的应用前景。

关键词：空调,水环热泵系统,原理,特点,建筑物

参考文献

[1]包向忠,焦一.水环热泵空调系统设计中几个问题的分析[J].工程设计,2005(11):35-36.

[2]张艳伟,余跃进.水环热泵空调系统的节能分析与工程应用[J].地源热泵专题,2007(8):42-44.

[3]姜益强,姚杨,马最良.水环热泵空调系统若干问题分析[J].流体机械,2001,29(11):52-54.

[4]姚杨,马最良.水环热泵空调系统在我国应用中应注意的几个问题[J].流体机械,2002,30(9):59-61.

[5]邹慧明.水环热泵系统中的噪声问题[J].暖通空调,2005,35(7):131-132.

[6]马最良,姚杨,杨自强,等.水环热泵空调系统设计[M].北京:化学工业出版社,2005.

[7]戴再锋.浅析空调水系统设计与施工中的通病[J].山西建筑,2005,31(7):149-150.

地源热泵空调--决标报告 篇5

招标决标报告

公司领导：

杭州休博园湖畔绿景项目位于杭州休博园园区内，紧邻第一世界休闲大酒店。项目总占地面积约51174.5平方米，总建筑面积约为10.8万平方米，其中地上建筑面积 8.0万平方米，地下建筑面积2.8万平方米，建筑类型为二类高层住宅楼，由两栋15层塔楼和一栋2层中央会所联合组成。本次招标的具体工程内容为：会所地源热泵中央空调系统工程。本工程计划于09年2月中旬开工建设。本次会所地源热泵中央空调系统工程招标采用邀请招标的方式，招标程序严格按照集团招标工作管理规程，具体实施步骤如下：

（一）投标入围单位的选择、考察及确定

本次招标采用邀请招标的方式，投标入围单位共六家，分别为：杭州河源空调有限公司（主机品牌为蓝德）、杭州源本环境工程有限公司（主机品牌为美意）、埃美圣龙机械有限公司（主机品牌为沃福）、浙江新新能源有限公司（主机品牌为菲斯曼）、山东亚特尔地源空调公司（主机品牌为方亚）、南京枫叶能源技术有限公司（主机品牌为枫叶）。在确定上述六家单位入围之前，项目公司经过了充分的考虑和洽谈，多方了解这些单位的实力、信誉以及业绩等情况。经公司领导审批后，上述六家单位被最终确定为正式投标单位。

招标文件拟定与审批 项目公司从08年8月上旬开始起草拟定会所地源热泵中央空调系统工程招标文件，在集团总师办、成本部、材料设备部、法务部以及项目公司多轮修改后于08年8月下旬定稿，并完成审批。

（二）发售标书、开标、评标、询标

08年9月12日正式发售招标文件，上述六家入围单位均购买了招标文件。在08年9月17日对投标单位所提出的疑问进行了解答(详见附件一（杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程招标答疑纪要）。

08年9月19日下午14：00在杭州嘉华国际商务中心1206室会议室召开开标会议，集团总师办孙国梁、杨杰，集团公司材料设备管理部林映春、张兵良，集团公司成本管理部张佰炯，杭州休博园绿景公司余荣威、方小飞、程永红参加了会议（开标标录汇总见附表一）。

根据开标情况，评标委员会认为浙江新新能源有限公司、山东亚特尔地源空调公司标书准备不够充分，标书内容不能满足甲方招标要求，经过综合考虑首先予以淘汰。决定让杭州河源空调有限公司、杭州源本环境工程有限公司、埃美圣龙机械有限公司、南京枫叶能源技术有限公司进入询标阶段。2008年9月28日上午9：00在嘉华国际1206会议室召开了会所地源热泵中央空调系统工程第一次询标会议。集团总师办杨杰，集团公司材料设备管理部张兵良，集团公司成本管理部张佰炯、吴东海，杭州休博园绿景公司余荣威、方玲燕、方小飞、程永红参加了会议。会议分别上述四家单位进行了询标，（询标纪要详见附件二），根据询标时出现标准不统一的情况我司会同设计单位以及集团各职能部门进行沟通，询标后增加了补充答疑纪要（详见附件三），针对补充答疑纪要的内容各单位就总价进行了调整（调整结果情况见附表二）。

根据询标结果，评标委员会认为埃美圣龙机械有限公司（代理商为杭州美佳空调工程有限公司）原先一直在普通中央空调领域占有一定的市场份额，在地源热泵中央空调领域并无多少业绩。而南京枫叶能源技术有限公司（主机品牌为枫叶）本身不具备主机生产能力，所采用的主机由指定厂家生产，主机的可靠性有待进一步认证，经综合考虑，决定予以淘汰。同时对杭州河源空调有限公司、杭州源本环境工程有限公司两家公司生产基地和部分项目进行实地考察，并形成详细的考察报告（详见附件四）

（四）决标

根据对杭州河源空调有限公司、杭州源本环境工程有限公司两家公司生产基地和部分项目的考察情况，评标委员会一致认为两家入围单位各有所长，杭州源本环境工程有限公司生产基地规模较大，基地内技术人员较多，但与绿城集团并无较大规模的合作项目，在杭施工队伍的施工技术力量也较薄弱。杭州河源空调有限公司生产基地较小，但与我们集团在千岛湖项目已有合作，现场技术人员专业性知识较为丰富，且该单位承诺在本项目可以全垫资施工，比较符合本项目当前的要求，技术标方面也比较周全、严密。为此，评 标委员会最终决定将杭州河源空调有限公司拟定为中标第一候选单位，将杭州源本环境工程有限公司拟定为中标第二候选单位。

特此申报，请各位领导予以申阅，并明确，谢谢！

附表一：杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程开标标录

附表二：杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程方案细化后报价

附件一：杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程招标答疑纪要

附件二：杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程招标答疑补充纪要

附件三：杭州萧山休博园项目会所地源热泵中央空调系统工程询标纪要

附件四：考察报告

杭州休博园湖畔绿景休闲开发有限公司

二OO八年十月二十三日

杭州休博园湖畔绿景项目会所地源热泵中央空调工程投标单位考察情况汇报

杭州休博园湖畔绿景项目地源热泵中央空调工程通过开标、询标后暂定二家为最后中标备选单位（杭州河源空调有限公司，杭州源本环境工程有限公司），为了进一步了解上述两家备选单位的设备情况及综合实力，为最终决标提供条件,项目公司在集团总师室、材料设备部考察的基础上，再一次对相关设备厂家和工程案例进行了实地考察。现将考察情况汇报如下：

一、杭州河源空调有限公司 ：（品牌 烟台蓝德）

1、烟台蓝德工厂：

烟台蓝德空调工业有限公司坐落于烟台市莱山区盛泉工业园。工厂总占地面积约7万平方米，是集科研、生产、经营为一体的高新技术企业。蓝德公司是地源热泵中央空调的专业生产厂家，目前该公司产品共有5大系列200多个品种，是国内首家采用满液式地温空调的厂家。印象最深的是该公司设备的控制系统，机组采用的是全中文十英寸彩色触摸屏，使管理人员对机组的运行状态可以非常直接的了解，还有GSM无线监控系统（专利号：2L02214653.9）以及独有的自动拉油程序等均是其他厂家所没有的。

2、工程实例： ①烟台虹口大酒店：

坐落于烟港海滨第一海水浴场，建筑面积20000平方米，原制冷系统采用的是溴化锂直燃机，因其能源消耗量大，运行费用昂贵，由于本工程采暖系统采用城市集中供热系统，又不具备打井条件。因此厂家建议采用满溢式冷水机组一台，型号为CTSC—2366，即可满足本酒店夏季制冷。而且节省运行费用的效果非常理想。

②烟台市国家税务局： 烟台市国家税务局建筑面积6000平方米，热源水形式为地下水，温度适中，使用机组为GSHP—0588D两组满液式水源热泵机组，即可满足该建筑全年的制冷与制热的需要，经了解系统自运行以来效果良好。

③桐庐新悦宾馆

采用GSHP—C0488DS机组和HSW—WV机组各一台，建筑面积约8000平方米，采用的是地下水。水温常年在15-16℃左右，夏季制冷时提供部分热水。

3、综合情况

经过对该品牌厂家及工程案例的实地考察，又从使用方工程部处了解，该公司具有较强的安装技术力量和较好的协调能力，且系统使用后运行正常。

二、杭州源本环境工程有限公司（品牌 美意）

1、美意工厂：

美国美意属于美国NORTEK集团，该公司生产基地占地6万平方米，拥有一流的研发实验装备。先进的制造设备和经验丰富的产品开发专家，该厂家一直致力于推广绿色环保节能之水环/水源/地源热泵空调系统，将先进成熟的水源/地源热泵空调系统带给广大用户。并提供美意特有的“一站式”服务。

2、工程案例 ①上海浦江智谷：

该项目位于上海浦东，建筑面积10000多万平方米。地源热泵主机采用美意模块式MWH080CB和MWH060CB各一套。其中MWH080CB由2个MWH030CB模块和一个MWH020CB模块组成，机组用于新风系统的冷热源，MWH060CB由2个MWH030CB模块组成，机组用于空调系统的冷热源。地下埋管共设计钻孔72个，井深100米，每个孔埋设一个单U管型孔。二期其中1，9，10号楼共13万平方米，采用地源热泵提供空调系统冷热源，同时利用热回收技术，提供餐厅用卫生热水。

3、综合实力

经过对该品牌厂家及工程案例的实地考察，厂家具有较好的研发及检测能力，同时也具有较强的施工能力。

综合以上考察情况，杭州河源空调有限公司和杭州源本环境工程有限公司两家中标备选单位在企业资信、综合实力、设备性能、安装水平、售后服务等各方面均能满足本工程的要求，建议评标委员会结合两家单位的商务报价综合比选，确定最终中标单位。

杭州休博园湖畔绿景休闲开发有限公司

热泵空调系统 篇6

关键词 水源热泵空调系统 影响因素 优化设计

水源热泵空调系统可以起到良好的节能效果，在生活中的使用可以有效的改善人们的生活环境，减少能源的使用，将水作为热源，进行制热、制冷，大大的提高水的利用率以及空调系统的节能、环保。但是在水源热泵空调系统应用的过程中会受到多种因素的影响，无法充分的发挥水源热泵空调系统的节能环保作用。

一、水源热泵空调系统应用中的影响因素

（1）气象条件

我国不同地区的环境、气候不同，早晚温差有较大的差异，例如我国的东北地区的哈尔滨、首都北京、广州等城市在相同的高度的建筑中，每一层均使用水源热泵空调系统，并将水源热泵空调系统的能耗和普通的系统能耗进行对比，明显的可以看出哈尔滨地区的水源热泵空调系统的能耗高于其他城市的能耗，而水源热泵空调系统的能耗和普通系统的能耗相比又有明显的差异。这也就说明气象条件，会对水源热泵空调系统的应用产生影响，气象条件变化较大地区的水源热泵空调系统的能耗大。

（2）建筑特点

在水源热泵空调系统的应用中，影响其能耗的建筑因素有很多种，例如建筑的蓄热、新风量、设备的发热情况等，均会对水源热泵空调系统的能耗产生影响，在建筑内部余热合适的的条件下，水源热泵的运行才可以达到最好的效果。建筑物的面积、内部结构均会影响水源热泵的有效运行，在建筑物内部负荷一定的條件下，其节能效果就由建筑物的面积决定。

（3）热源形式

在实际运行中空调系统的热源有很多种，燃煤、水源、电能等都是水源，在不同的地区空调系统的水源不同，但是在众多水源中水源的节能效果是最好的。如果使用燃煤作为空调系统的水源，不管建筑物内部余热是大还是小，空调系统均不能起到节能的效果。

也就是水空调系统的使用，受到气候、建筑物特点、热源形式等多种条件的影响，为了保证水源热泵空调系统可以起到良好的节能效果，需要针对不同地区、不同建筑物特点等因素进行综合分析，合理的使用水源热泵空调系统，才可以起到良好的节能效果，发挥空调系统的节能环保作用。

二、水源热泵空调系统的优化设计

（一）水源热泵空调系统的工作原理

在实际工作中水源热泵的工作原理和制冷机的工作原理是相同的，只是两种系统的工作范围不同，热泵的冷冻循环系统中可逆的，正向循环工作时，从其制冷系统中进行热量的吸收，将吸收到的热量排放到空气中或者是水中，这个过程将其称为制冷过程，水源热泵的逆向循环系统是从外界环境中、水源中吸收热量，将热量释放到采暖空间，这个过程称之为制热过程。

水源热泵空调系统工作中，制冷过过程和制热过程见下图。当制冷系统运行中，离心风机启动，方向阀处于制冷方向，使冷媒进入压缩机，将其压缩成高压气体，通过方向阀将压缩之后的高压气体送入冷媒，使其转变成液体，液体通过细管进入空气蒸发器，吸收空气中的热量将其蒸发为低温的气体，这个制冷过程是不断往复进行的。制暖过程和制冷过程是相反的，方向阀指向的是供热方向，低温冷媒压缩成高压气体之后，进入空气叶片盘管的散热器，成为液体，再通过风机的作用，使其释放热量，将温度升高，再经过水蒸发器吸收循环吸收热能，将其转变成低温气体，这个过程也是往复循环的。

（二）水源热泵空调系统的优化设计

要想实现水源热泵空调系统的优化设计，需要了解以下这些优化设计方法：

第一，计算好各项各项工艺以及水源热泵空调系统的使用功能。

第二，提高水源热泵系统的运行效率、，节能效率的提升，需要保证其中的COP值增加，不能在3.5以下，所以需要选择高性能的水源热泵系统。

第三，按照水源热泵空调系统应用的建筑室温、进水温度，选择合适的水源热泵机组进行工作。

第四，夏季室内温度变化较大，所以需要根据夏季房间内的温度冷负荷进行热泵型号的选择，核对水源热泵空调系统的供热能力，不能影响冬季的室内热负荷的变化，如果不合符需要重新的选择水源热泵空调系统。

第五，由于水源热泵空调系统的各项性能非常的敏感，所以其各项性能参数需要在实际运行中，根据产品样本中的数据及西宁修正。

第六，水源热泵空调系统在应用的过程中需要选择性能、能耗良好的辅助热源装置，一般情况下水源热泵产生的热量要在该系统总热量的10%～30%，采用的辅助热源多为太阳能热水器。

第七，为了更好的保护水源热泵的交换器，需要选择两种冷却塔，闭式冷却塔安装在室内，开式冷却塔安装在室外，冬季停止使用时，需要添加防冻剂。

为了提高水源热泵空调系统的性能，降低能耗，需要对其进行优化设计，以上这些优化设计方法只是部分内容，在实际水源热泵空调系统的优化设计中，还有很多优化设计方法，主要是根据水源热泵空调系统的使用区域、使用条件等进行相应的调整，提高其使用效率，降低能耗，实现节能环保。

三、小结

当前空调在人们生活中已经普遍存在，但是空调的能耗较大，在实际使用中无法实现节能环保，为此在空调系统研究中研发了水源热泵空调系统，有效的将空调的运行效率提升，实现了节能的功效。在水源热泵空调系统使用中，需要根据使用地区、环境等的不同，对其进行优化设计，使得水源热泵空调系统的应用效率提升，降低能耗。

参考文献：

[1]邓鑫.水源热泵空调系统分析[J].科技致富向导，2010（21）：49-50

[2]郭敬红，张勇攀.水源热泵空调系统应用分析[J].制冷与空调（四川），2008（02）：91-92

地源热泵系统应用 篇7

地源热泵(ground source heat pumps,GSHP)可分为以下三种方式:

1 土壤地源热泵(又称地下耦合热泵系统ground-coupled heat pump systems,GCHP)

土壤地源热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动,实现系统与大地之间的传热。地下耦合热泵系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地热换热器。地热换热器的设置形式主要有水平埋管和垂直埋管两种。水平埋管形式是在地面开1~2m深的沟,每个沟中埋设2、4或6根塑料管。垂直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1~0.15 m的钻孔,在钻孔中设置1组(2根)或2组(4根)U型管并用灌井材料填实。钻孔的深度通常为40~200m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素。竖直埋管的地热换热器可以比水平埋管节省很多土地面积,因此更适合中国地少人多的国情。管沟或竖井中的热交换器成并联连接,再通过集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。在液体温度较低时,系统中需加入防冻液。

2 地下水地源热泵(ground water heatpumps,GWHP)

地下水源热泵的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统,但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。水质良好的地下水可直接进入热泵换热,之后将井水回灌地下,这样的系统称为开式系统。由于可能导致管路阻塞,更重要的是可能导致腐蚀发生,通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下是一个有吸引力的选择方式,但必须谨慎的使用。实际工程中更多采用闭式环路的热泵循环水系统,即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开,以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵的影响。通常系统包括带潜水泵的取水井和回灌井。板式热交换器采取小温差换热的方式运行,根据温度和地下水深度的不同,可以在很大程度上抵消开式系统在性能上的优势。由于地下水温常年基本恒定,夏季比室外空气温度低,冬季比室外空气温度高,且具有较大的热容量,因此地下水热泵系统的效率比空气源热泵高,COP值一般在3~4.5,并且不存在结霜等问题。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。无论是深井水,还是地下热水都是热泵的良好低位热源。地下水位于较深的地方,由于地层的隔热作用,其温度随季节气温的波动很小,特别是深井水的水温常年稳定,利于热泵的运行。

3 地表水地源热泵(surface-water heat pumps,SWHP)

地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的型式。热泵与地表水的换热可采用开式循环或闭路循环的形式。开式循环是用水泵抽取地表水在换热器中与热泵的循环液换热后再排入水体。但水质较差时在换热器中会产生污垢,影响传热,甚至影响系统的正常运行。更常用的地表水热泵系统采用闭路循环,即把多组塑料盘管沉入水体中,热泵的循环液通过盘管与水体换热,可以避免水质不良引起的污垢和腐蚀问题。

地源热泵系统有以下优点:

3.1 可再生能源利用技术。

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以成为之为地能(Earth Energy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅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。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层并类似于一种无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。

3.2 经济有效的节能技术。

地能或地表浅层地热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,是很好的热泵冷、热源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外,低能温度较恒定的特性,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。

3.3 运行稳定可靠。

正是由于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,是很好的冷热源;同时由于温度的恒定性,使得系统运行更加可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。

3.4 环境效益显著。

地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上。该装置的运行没有任何污染,可以建在居民区内,没有排烟;也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量,可以极大地改善其它空调方式的CO2的排放。

3.5 舒适程度高。

由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳,降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适应供冷、供热负荷的分区。

3.6 一机多用,应用范围广。

地源热泵系统可供暖、空调,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。

3.7 自动运行。

地源热泵机组由于工况稳定,所以可以设计简单系统,部件较少,机组运行简单可靠,维护费用低;自动控制程度高,可无人值守;此外,机组使用寿命长。

地源热泵系统概述 篇8

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

地源热泵空调系统的发展与应用 篇9

关键词：地源热泵,空调系统,研究

一、地源热泵原理简介

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、土壤或地表水等) 的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源 (如电能) , 实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源, 即在冬季, 把地能中的热量传递出来, 供给室内采暖;夏季, 把室内的热量释放到地下去。通常地源热泵消耗1k W的能量, 用户可以得到4k W以上的热量或冷量。与锅炉 (电、燃料) 供热系统相比, 锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能转化为热量, 供用户使用, 因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能, 比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定, 一般为10~25℃, 其制冷系数可达4.0~4.4, 与传统的空气源热泵相比, 要高出40%左右, 其运行费用为普通中央空调的50~60%。因此, 近年来地源热泵空调系统在北美及中、北欧等国家取得了较快的发展, 中国的地源热泵市场也日趋活跃, 可以预计, 该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

地源热泵系统包括三种不同的类别:以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵, 也有资料文献成为地下耦合热泵系统或者地下热交换器热泵系统;以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统;以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统。这样的分类在国内的暖通空调界已经达到了共识。

二、地源热泵在中国的研究现状及前景

从上个世纪80年代开始, 国内对地源热泵进行了一系列的研究工作, 主要集中于以下几个方面: (1) 地下埋管换热器的传热模型和传热研究; (2) 夏季瞬态工况数值模拟的研究; (3) 热泵装置与部件的仿真模型的理论和实践研究; (4) 地源热泵空调系统制冷工质替代研究; (5) 其他能源如太阳能、水电等与地热源联合应用的研究; (6) 地源热泵系统的设计和施工; (7) 地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究; (8) 地源热泵系统与埋地换热器的技术经济性能匹配方面机组整体性能的研究; (9) 土壤热物性及土壤导热系数的试验研究等等。

目前在中国, 地下水热泵系统已开始广泛使用。从有关调查来看, 地下水热泵工程真正成功的并不多。原因在于要实现100%的回灌, 并回灌到同一含水层, 不污染地下水, 且能长时间稳定运行, 并不容易做到。同时, 还出现了大量不进行回灌的热泵工程, 更有甚者, 出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做, 一则污染水体, 二则浪费水资源。

对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台, 且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统;1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统;湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统;1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从2000年开始, 在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。

鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点, 随着地下水热泵工程技术改进和规范化, 其突出的节能和保护大气环境的功能, 还是存在着巨大的潜在的市场。水平埋管土壤源热泵, 虽然占地面积大, 但靠地表换热可以自然恢复地温, 在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势。而垂直埋管土壤源热泵, 随着专业安装队伍的发展, 钻孔设备的完善, 势必会使造价大幅度降低, 无疑会成为今后最有竞争力的空调方式。

三、地源热泵的应用优势

1、属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源 (通常小于400米深) 作为冷热源, 进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能, 是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器, 收集了47%的太阳能量, 比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制, 真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源, 使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热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, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%, 因此要节能和节省运行费用40%左右。另外, 地能温度较恒定的特性, 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。设计安装良好的地源热泵, 平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。

3、环境效益显著

系统运行没有任何污染, 可以建造在居民区内, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 不需要堆放燃料废物的场地, 且不用远距离输送热量。

4、应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调, 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两套装置或系统;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑, 更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外, 机组使用寿命长, 均在15年以上;机组紧凑、节省空间;维护费用低;自动控制程度高, 可无人值守。

四、结束语

地源热泵作为一种环保节能的空调方式, 应该得到我们的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, 将为我们国家的能源可持续发展带来契机, 在不远的将来, 随着经济和生活水平提高, 研究技术人员的努力, 一定会在中国拥有广阔的市场前景。

参考文献

[1]张群力, 王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J].流体机械, 2003, 31 (5) .

[2]曲云霞, 张林华, 崔永张.地源热泵及其应用分析[J].可再生能源, 2002, 104 (4) .

[3]殷平.地源热泵在中国[J].现代空调第三辑, 2001, (8) .

地源热泵空调系统的技术探讨 篇10

1、热泵空调系统的原理及特点

1.1. 热泵原理

在自然环境中, 水从高处往低处流动, 热量由高温处向低温处传递, 而热泵 (制冷机) 是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。热泵工作原理是:由电能驱动压缩机, 使工质 (如1t22) 循环流动反复发生物理相变过程, 分别在蒸发器中汽化吸热、在冷凝器中液化放热, 使热量不断得到交换传递, 并通过阀门切换使机组实现制热 (或制冷) 功能。

(1) 在制冷模式时:高温高压的制冷剂气体从压缩机出来后进入制冷剂的冷凝器, 向水中排放热量而冷却成高压液体, 并使水温升高 (此高温水的热量通过埋设在土壤中的管道传给了土壤) 。到膨胀阀节流膨胀成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽, 同时吸收 (蒸发吸热) 水 (或空气) 的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体, 如此循环不止。水 (或空气) 温度被蒸发器降低用来冷却环境。

(2) 在供热模式时:高温高压的制冷剂气体从压缩机出来后进入制冷剂的冷凝器, 向水中排放热量而冷却成高压液体。到膨胀阀节流膨胀成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽, 同时吸收 (蒸发吸热) 水 (或空气) 的热量将水冷却 (此“冷量”通过埋设在土壤中的管道传给了土壤) 。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体, 如此循环不止。水 (或空气) 的温度被冷凝器升高用给环境供热。

由此可见, 热泵与制冷机的工作原理和过程是相同的。热泵与制冷机在名称上的差别只是反映了在应用目的上的不同:如果以得到高温的热量为主要目的, 则一般称为热泵;如果目的是从低温热源除去热量, 或称得到冷量, 则叫做制冷机 (空调) 。建筑空调系统一般应满足冬季供热和夏季制冷两种要求, 传统的空调系统通常需分别设置冷源 (制冷机) 和热源 (锅炉) 。建筑空调系统如果在冬季以热泵的方式运行, 则可以省去锅炉和锅炉房, 而且全年仅采用电力这种清洁能源, 彻底解决了大气污染问题。与直接把电能转换为热能的电锅炉相比, 采用热泵空调系统供热的电耗仅为前者的1/3—1/4, 可以大大节省运行费用。

1.2. 热泵的主要优点

采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗。通常, 我们通过直接燃烧矿物燃料 (煤、石油、天然气) 产生热量, 并通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下, 由于传热温差, 一次能源利用率 (即为建筑物供热的热量与燃料发热量之比) 不可能超过100%。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电, 然后利用电能驱动热泵从周围环境中 (土壤、地下水、空气) 吸收低品位的热能, 适当提高温度再向建筑供热, 就可以充分利用燃料中的高品位能量转化成的电能, 大大降低用于供热的一次能源消耗。地源热泵的性能系数 (即COP值) 通常大于4, 即地源热泵每输入lkW的电能, 能输出4kW的冷热能量, 扣除过程损耗因素, 性能系数仍然在3.5以上, 从而高效利用了土壤或地下水这种可再生的清洁能源。而直接燃煤制热系数为0.7, 直接用电供暖制热系数为1.0。从夏季制冷上来说, 其性能系数比普通家用空调效率高一倍以上, 比大型中央空调高20%以上, 运行费用每年每平方米仅为25—33元, 比常规中央空调系统低40%左右。地源热泵中央空调系统没有冷却塔, 不向空中排放热量, 不消耗冷却水, 因此没有热岛效应, 避免了冷却塔的噪声。地源热泵中央空调系统无锅炉等燃烧设备, 不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气, 也不存在丙烷气体, 因而不会有发生爆炸的危险, 使用安全。由于土壤深处温度非常恒定, 主机吸热或放热不受外界气候影响, 运行工况非常稳定, 不存在空气源热泵供热不足, 甚至不能制热的问题。整个系统的维修量维护费用也较锅炉—制冷机系统大大减少, 正常情况下自动运行, 不需要有人值班。地源热泵系统不消耗水资源, 省去了锅炉房、煤场、储油房、冷却塔等设施, 节省了建筑空间, 不产生任何废水、废气、废渣, 不对环境产生任何污染, 因此节省了建筑空间。由此可见具有高效节能环保安全的优点。

2、地源热泵空调系统组成及型式

2.1. 系统组成

地源热泵空调系统主要包括三个回路:用户回路、制冷剂回路和地下热交换器回路。地源温度较恒定的特性, 使得热泵机组运行更可靠、稳定, 整个系统的维护费用也较锅炉一制冷机系统大大减少, 保证了系统的高效性和经济性。

(1) 地热换热器环路

由高强度塑料管组成的在地下循环的封闭环路, 循环介质为水 (或防冻剂溶液) 。冬季从周围土壤 (地层) 吸收热量, 夏季向土壤 (地层) 释放热量, 其循环有一台小功率的循环泵来实现。地热换热器的设计是否合理是决定埋管式地源热泵系统运行的可靠性和经济性的关键。要取得合理设计地热换热器基础数据, 必须测定现场深层岩土热物性。制约地源热泵系统应用的主要障碍是在地下埋管的投资较高。

(2) 制冷剂环路

即在热泵机组内部的制冷循环, 与空气源热泵相比, 只是将空气一制冷剂换热器换成水一制冷剂换热器, 其它结构基本相同。

(3) 室内环路

室内环路在建筑物内和热泵机组之间传递热量, 传递热量的主要介质为水, 热量 (冷量) 通过风机盘管释放到房间。

2.2. 主要型式

地源热泵的地下环路中的介质是水 (或防冻剂溶液) , 根据其供热 (冷) 介质 (承担室内负荷的介质) 的组合方式不同, 地源热泵主机可分为:水一水系统、水一冷剂系统、水一空气系统热泵。与此相应的空调系统型式主要有三种:

(1) 水一水系统

水一水系统热泵主机的制冷工况与普通冷水机组的功能相同, 即它是空调系统的冷源, 为空调系统的末端装置提供冷冻水 (二次冷媒) 。在供热工况 (热泵运行方式) , 能够为空调系统提供45℃—55℃的热水。在选用该型主机时, 应着重注意两点:一是空调系统供热工况末端装置的选择、设计应与热媒参数相匹配;二是该型主机制冷与供热工况间的转换一般是通过机外二次冷媒水与地热换热器循环水流道切换实现的, 因此水系统的设计应满足这一要求。

(2) 水一冷剂系统

水一冷剂系统热泵主机与冷、热两用的家用分体式空调的工作原理基本相同。不同的是它利用地热换热器循环水作为热泵制冷工况的冷却水和供热工况的低温热源。家用分体空调中体积庞大、噪声污染严重的室外机被两根循环水管所取代。由该型热泵主机组成的空调系统与风机盘管系统基本相同。只是前者承担室内负荷的是制冷剂, 而后者是冷冻 (热) 水。因此, 该型热泵主机的选择、设计、安装与控制可参照风机盘管系统进行。

(3) 水一空气系统

水一空气系统热泵主机与全空气系统中空调机组的作用相同。不同的是前者自身具备冷、热源, 其蒸发器 (或冷凝器) 相当于空调机组的表冷器 (或加热器) 。因此, 该型热泵主机的热效率高于水一水系统热泵主机。在不需要二次冷 (热) 媒的情况下, 宜优先考虑选用这种主机。该机组的选择设计方法与空调机组的基本相同。应注意的是二者的热媒参数有所不同, 在确定加热器 (冷凝器) 面积时应区别对待。

3、地源热泵空调系统经济技术比较

地热换热器设计是否合理决定着地源热泵系统的经济性和运行的可靠性。地热换热器所需埋管的总长度需要根据埋管的形式、地下岩土的热物性、地下的温度和冷热负荷的情况作详细的计算才能确定。设置地热换热器的费用, 其中主要是钻孔的费用, 构成地源热泵系统初投资的1/4—1/3, 是初投资增加的主要因素。因此正确设计地热换热器埋管的长度对于保证系统的性能和经济性十分重要。

地源热泵空调系统的经济性取决于多种因素。不同地区, 不同地质条件, 不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。根据国外的经验, 地源热泵系统供热时比直接电热方式节电60%以上, 比燃油或燃气锅炉的运行费用也大大降低。由于地源热泵运行费用低, 增加的初投资可在4—7年内收回, 地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。

4、在国内外的应用

2O世纪5O年代, 欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮。但当时能源价格低, 这种系统并不经济, 因而未得到推广。到上世纪7O年代, 石油危机和日益恶化的环境把人们的注意力集中到节能、高效益用能和环境保护上时, 使地源热泵的研究进入了又一次高潮, 最近2O年在欧美等工业发达国家得到了迅速的发展, 已成为一项成熟的应用技术。1998年美国能源部颁布法规, 要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地源泵供热空调系统。在美国, 地源热泵空调系统占整个空调系统的40%, 是美国政府极力推广的节能、环保技术。目前, 美国已安装了60万台地源热泵空调系统, 而且计划每年安装4O万台, 能降低温室气体排放一百万吨, 相当于减少5O万辆汽车的污染排放或植树一百万英亩, 年节约能源费用4.2亿美元。瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用地源热泵供暖及提供生活热水。据1999年的统计, 在家用供热装置中, 地源热泵所占比例为:瑞士96%, 奥地利38%, 丹麦27%。

在我国。由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响, 地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢, 人们对之尚不十分了解, 推广较困难。然而, 随着人们生活水平的提高, 人均能耗的增长, 一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化, 地源热泵技术已越来越引起人们的重视。

结束语

随着经济的发展, 人们节能、环保意识的日益提高, 地源热泵作为一种节能、环保的绿色空调设备, 可以适应能源可持续发展战略要求, 在我国必将有广阔的应用和发展前景。

摘要：随着我国经济的发展, 人们生活水平的不断提高, 空调已成为人们日常生活中不可缺少的电器之一。由于空调所占的能耗比重较高, 因此, 降低能耗是当前面临的问题。本文作者主要就地源热泵空调的节能与环保进行了分析, 并指出了其相关的工作原理和带来的效益。

关键词：地源热泵,中央空调系统

参考文献

[1]同方, 周大勇.供热调节技术[Z].2006年08月;