地源热泵在某别墅应用浅析

　   简介：论述地源热泵在住宅中应用的特点以及地源热泵在推广应用中的相关问题。 

　　关键字：地源热泵，户式中央空调，应用  

　　中图分类号：TH3文献标识码：A文章编号： 

　　据不完全统计，我国家用中央空调市场容量从1999年的2一3亿，增长到2003年30亿，预计到2005年国内市场总需将达到200亿。由此所带来的能源和环境问题将愈显突出，而家庭空调需求的能源形势的多样性也将是必然趋势。近年来地源热泵空调系统以其节省能源、运行可靠、满足多工况要求等优点得到迅速发展，特别适合公寓楼及别墅建筑。 

　　1地源热泵在户式中央空调中的应用 

　　目前我国户均住宅面积已达到70m2，城镇人均住宅建筑面积从1997年的17.6 m2，提高到2003年的23.67 m2。住宅正在从满足生存需要向舒适性转变。随着人们住房条件的改善和生活质量的提高，逐渐形成一种空调新潮流即户式中央空调。在一些发达国家，户式中央空调早已成为一种家庭消费品。在美国、欧洲等家庭中，85%以上的家庭在选购空调时会首选户式中央空调，在日本也超过50%。在我国，户式中央空调正在以其巨大的潜力和应用优势取得突破性发展，并将成为我国21世纪空调产业发展方向之一。地源热泵技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。 

　　 抽取地下水水源热泵，但由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染。在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，是充分利用浅层地热的最佳技术途径。 

　　目前埋管式地源热泵在欧美国家已得到普遍应用，已被充分证明是成熟可行的技术，在我国，建设部和一些省市的建筑节能政策中明确提出要推广使用地源热泵。欧美普遍使用的是在别墅中，在冬天取暖、夏天空调的地区。 

　　1.1系统管理方便 

　　用户可根据自己的愿望灵活控制室温和风机转速。这种方式特别适合于不同职业和不同生活要求的独立式住宅建筑，比如别墅、洋房。地源热泵全部能源由电提供，无任何污染，空调排热全部进人地下用于冬季供暖，不再对小环境造成热污染，不悬挂室外机。由于地源是全封闭式系统，因此既不消耗任何地下水源，又不会对其造成污染。除此之外，地源热泵系统便于进行热计量，物业公司根据用户的耗电量就可向用户收费，是解决当前采暖、空调收费难的一项重要举措。 

　　1.2节能环保，初投资小 

　　国内地源热泵产品在供热时COP值可达约3.0，从这一点上看，地源热泵可以被称作教高效节能的供冷供热设备。在运行费用上地源热泵也比其他制冷、制热方式要低。地源热泵的冷热源为廉价浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，其提供的能量占热泵的50%-75%,只要消耗少量的电能将其转换，其成本就大大降低，因而运行费用低是地源热泵的一个显著特点。以下以加热41868U热量所需的费用为依据，将热泵与煤、燃气、油等多种方式采暖做一个综合比较。 

　　现在国内主要热泵生产厂家的热泵机组价格大致在0.9--1.0元/W之间，而同样具备一机两用的嗅化锉直姗机的价格在1.4--1.5元/W之间，而且地源热泵机组无需设置冷却塔及烟气排放系统，省去了高成本的自来水，避免向大气排放烟尘及有害气体，因此地源热泵环保洁净，可称为低成本的绿色空调产品。 

　　1.3占地小，便于计量 

　　热泵机组体积较小，并可灵活安装在任何地方。随着户式燃气壁挂炉在全国的推广，户式地源热泵机组也得到了应用，同分户采暖一样，户式地源热泵机组可自行控制，由于其主要能耗是“电”，电费按每户电表计量，水费按每户水表计量，计算简单、公平，为物业管理带来方便。 

　　1.4运行稳定、维护方便，自动化程度高 

　　地源热泵机组的冷热源为地表浅层土壤。利用它们所吸收的太阳能和地热能而形成的低位能。浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水都是可再生资源，而且十分稳定，很容易获得而加以利用。浅层和深层的土壤温度一年四季相对稳定，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，保证系统的高效性和经济性。由于系统简单，机组部件较少，因此自动控制程度高，运行简单、稳定，并且维护费用低，使用寿命可达20年，地埋管的寿命可达50年。 

　　2地源热泵在住宅应用中应考虑的问题 

　　2.1地源及水质问题 

　　就地源热泵系统不同于水源热泵系统，地源热泵系统对水源的要求不高，只要有宽敞的空地即可，也不影响绿化项目。在地源系统中经常采用的水处理技术有:①水系统补偿器；②净水过滤器；③电子水处理仪；④板式换热器。 

　　2.2水量的计算 

　　地源热泵的水量的计算是根据项目的总体制冷的负荷，计算出多少口井能满足制冷要求，然后根据地埋管里的循环水量，即能估算出地源侧的循环水量。空调侧的循环水量则是根据中央空调末端制冷的要求，换算出循环水量。 

　　2.3节水节电 

　　地源热泵空调系统的打井及系统运行费的最大开支，为合理有效利用资源，减少浪费和节约电费，在系统设计中应采用节水和节电技术:①变频调速器。 

　　2.4其他 

　　①要考虑水源热泵在我国不同地区的适用性，这涉及到当地水文地质条件，包括水温、水量、水质等，还包括在不同气候带、不同地区和不同建筑类型的条件下，水源热泵的投资经济性比较问题，对现有水源的探测开采技术的提高和成本的降低等问题。 

　　②要进行地表蓄水体的传热过程分析、地下水的传热流动过程分析，对于抽水井及灌水井的运行调度、深井回灌式地源热泵机组可提供的最大出力，冬季和夏季冷热不平衡时的对策等问题作出具有理论依据的科学分析。 

　　③考虑取水构筑物对于邻近建筑的影响，涉及地面沉降问题，单井对建筑基础的影响等。 

　　④考虑水源热泵的回灌问题。回灌能力受当地水文地质条件、回灌工艺的限制。需要解决深井回灌式水源热泵系统的钻井、回灌、保养、长期运行等方面的问题。 

　　⑤考虑温差与流量的合理利用问题。 

　　⑥寒冷地区应用水源热泵系统的冬季冻结问题。需要通过适当的机组工况选择和相应的机组连接方式以及相关的冻结保护措施避免这一问题的发生。 

　　⑦水源热泵技术的研究包括取水方式的选择及耐腐蚀设备的选择、开发等。 

　　3地源热泵在应用中出现的问题 

　　①从地源热泵的运行过程来看，夏季制冷工况较为良好，而在冬季供热时却普遍存在大流量小温差，一方面是由于冬季地下水温偏低引起的；另一方面说明机组的性能还有待提高。为了推广地源热泵的应用，本着节能的原则，地源热泵应尽可能使用大温差、小流量技术，并尽量提高冬季的出水温度。 

　　②热泵机组的中央空调系统末端采用风机盘管是比较理想的。对于北方地区来说，多数水源热泵厂家提供的50-55℃的热水温度还是有些偏低。因而建议在必要的时候应对大风量的末端设备辅以额外的加热措施或将大风量的末端设备分解成若干个小风量的末端设备，以确保冬季送风参数的要求。 

　　③回灌井堵塞也是要解决的问题。水中的悬浮物、水中微生物的繁殖、水中化学反应形成的化学沉淀以及水中的气泡等，都会使多孔介质的孔隙发生堵塞。 

　　4、地源热泵的优点 

　　1、环保。地源热泵从常温土壤中吸热或向其排热，土壤中的能量永无枯竭，是一种可再生的清洁能源。供热制冷无燃烧过程，避免了噪音及霉菌污染。 

　　2、高效节能，两季运行费用每平米约为16元左右。 

　　3、舒适。地源热泵供冷暖时都是通过冷热水经风机盘管交换完成的，所产生的冷气和暖气比常规空调柔和的多，热不干燥，冷不刺骨。 

　　4、运行安全稳定、可靠性高。地源热泵运行中无燃烧设备，使用安全。 

　　5、一机三用。地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水。 

　　6、自动化程度高。全自动运行，无人值守，节省占地面积。 

　　7、可靠性高。机组为进口名牌高质量零配件，精心装配而成，可靠性高，维修率低；与传统空调相比，介质工作压力降低1/3，工质不易泄露，压缩机负载减轻，设备使用寿命长。 

　　5结束语 

　　我国未来的能源发展战略将是节能和提高能源的有效利用率。地源热泵由于具有高效、节能等优点而成为极具发展潜力的绿色环保技术。在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效提高一次能源利用率，减少温室效应气体C02和其他燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的建筑节能新技术。随着独立式住宅的不断出现，“一户一机”的地源热泵式家用中央空调将是主要的空调形式，为我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出一个有效的解决方法。要使地源热泵在我国得到较快的推广和发展，政府部门、科研机构和工程技术人员需要共同努力，借鉴国外的成功经验，解决地源热泵在应用中出现的各种问题。