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隨著空調(diào)工業(yè)的發(fā)展,先進(jìn)的中央空調(diào)系統(tǒng)不斷出現(xiàn),地源熱泵中央空調(diào)在現(xiàn)代建筑中扮演起越來越重要的角色。人們對地源熱泵空調(diào)的要求也不斷提高,節(jié)能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標(biāo)。本文介紹了地源熱泵系統(tǒng)構(gòu)成與原理,并在投資回報(bào)、運(yùn)行性能、設(shè)備管理、使用期限等方面與其他中央空調(diào)形式進(jìn)行對比分析,充分論述了地源熱泵工程應(yīng)用在節(jié)能、環(huán)保上的綜合優(yōu)勢。
近年來,隨著國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作的不斷深入,地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)已進(jìn)入我國,通過在工程中的成功運(yùn)用得到了空調(diào)界人士的認(rèn)可和推崇,成為我國中央空調(diào)冷熱源發(fā)展的新趨勢,充分體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。美國環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)宣布,地源熱泵系統(tǒng)是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。我國將加快建設(shè)以低碳為特征的建筑體系,因而地源熱泵工程將會(huì)發(fā)揮更大的作用。
1、地源熱泵系統(tǒng)組成及運(yùn)行原理
1.1、地源熱泵系統(tǒng)組成
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由以后部分組成:地下?lián)Q熱器、地源熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統(tǒng)控制箱、空調(diào)末端設(shè)備和室內(nèi)溫控器等。熱泵機(jī)房內(nèi)裝有地源熱泵機(jī)組、水泵、定壓補(bǔ)水裝置及加藥設(shè)備等。空調(diào)末端則由新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管、送回風(fēng)口及安全控制器等所組成。
1.2、地源熱泵運(yùn)行原理
在冬季,地埋管地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的由封閉管道構(gòu)成的地下?lián)Q熱器,從大地收集自然界的低溫?zé)崃浚笥森h(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶入地源熱泵機(jī)組提升水溫,通過末端設(shè)備將熱量送入室內(nèi)。在夏季,地源熱泵系統(tǒng)將室內(nèi)熱量排入環(huán)路并為大地所吸收,房屋得到冷量。
2、地源熱泵特點(diǎn)
(1)地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊(yùn)藏于土壤和江河湖泊及海水、污水中的低位熱能,循環(huán)再生,實(shí)現(xiàn)對建筑物的供暖和供冷。
(2)地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節(jié)能40%,比電采暖節(jié)能70%。比燃?xì)忮仩t效率提高48%。系統(tǒng)配置較好的熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)(COP)可達(dá)到5.0以上,即輸入1千瓦電能,有5千瓦冷量輸出,運(yùn)行費(fèi)用較低。
(3)地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)少,因而減少了維護(hù)量。機(jī)組一般均采用標(biāo)準(zhǔn)部件,便于維修。需要經(jīng)常清理末端設(shè)備的空氣過濾網(wǎng)和凝結(jié)水盤。
(4)地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無需燃燒燃料,因此不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和污染物,也不會(huì)發(fā)生爆炸。地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時(shí),不需要鍋爐,無燃燒產(chǎn)物排放,可大幅度降低溫室氣體的排放。據(jù)美國地?zé)釁f(xié)會(huì)提供的報(bào)告,僅美國肯塔基州路易斯維爾市總建筑面積15.8萬平方米的高特.豪斯飯店地源熱泵系統(tǒng),每年可減排CO2849噸;SO219.97噸;NOX14.98噸;微塵2.49噸。2010年世界“達(dá)沃斯論壇主會(huì)場————新建9.8萬m2的天津梅江會(huì)展中心”地源熱泵工程的污染物排放,比常規(guī)空調(diào)供熱減少了70%。
(5)該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于辦公樓、賓館、學(xué)校、公寓、醫(yī)院、飯店、商場、別墅等場所。在處理好冬夏熱量平衡問題的基礎(chǔ)上,即使是嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)也可應(yīng)用。
3、地源熱泵用于中央空調(diào)的綜合優(yōu)勢
3.1、一機(jī)多用
地源熱泵可完全代替冷水機(jī)組+鍋爐兩種設(shè)備,解決了供暖、制冷設(shè)備分設(shè)給用戶帶來的不便,同時(shí)其熱回收功能可高效提供大量高品質(zhì)的生活熱水。
3.2、節(jié)省空間,穩(wěn)定運(yùn)行工況
地源熱泵系統(tǒng)因?yàn)闆]有常規(guī)冷水機(jī)組配套的冷卻塔,沒有鍋爐房和其他室外地面設(shè)備,因而無需寶貴的地面面積,可產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益,并改善環(huán)境外部形象。地埋管置于室外地下,既美觀,又不占用室內(nèi)空間。室內(nèi)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相同。此外,機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定,幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響,即使在寒冷的冬季制熱量也不會(huì)衰減,更無風(fēng)冷熱泵冬季運(yùn)行的結(jié)霜除霜之慮。也無燃煤、燃油鍋爐儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油等既不衛(wèi)生又不安全的問題。
3.3、使用壽命長
一般來說,常規(guī)空調(diào)設(shè)計(jì)壽命10-15年,燃?xì)忮仩t為8-10年;而設(shè)計(jì)、施工合理的地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況穩(wěn)定,其地下?lián)Q熱器壽命可達(dá)50年以上。
3.4、控制簡單
根據(jù)用戶要求,可降低控制成本。有利于可采用全系統(tǒng)可編程智能化遠(yuǎn)程中央計(jì)算機(jī)控制,具有隨人流變化而自動(dòng)調(diào)整地源熱泵供冷或供暖處理,實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化,運(yùn)行費(fèi)用最小化。還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備,可存儲(chǔ)、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟(jì)及技術(shù)數(shù)據(jù),促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化。
3.5、低維護(hù)費(fèi)
地源熱泵系統(tǒng),操控人員專業(yè)門檻低。地源熱泵系統(tǒng)不設(shè)冷卻塔、屋頂風(fēng)機(jī),壓縮機(jī)工作穩(wěn)定,較少出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備中制冷劑壓力過高或過低的現(xiàn)象,維護(hù)費(fèi)用大大低于傳統(tǒng)空調(diào);一套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)供冷、制熱和生活熱水三種功能,因而減少了對多種供冷、供暖設(shè)備的維護(hù)量。
4、地源熱泵與其他空調(diào)方案性能比較
現(xiàn)將地埋管地源熱泵與VRF空調(diào)系統(tǒng)、冷水機(jī)組+燃油鍋爐以及溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組中央空調(diào)形式進(jìn)行分析比較如下:
4.1、初投資與運(yùn)行費(fèi)用比較
(1)初投資
地源熱泵:初投資略高;
VRF空調(diào)系統(tǒng)(變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調(diào)系統(tǒng)):初投資高;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:初投資相對較少;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:初投資頗高。
(2)運(yùn)行費(fèi)用
地源熱泵:可比一般暖通空調(diào)節(jié)約40%-60%。
以天津?yàn)槔菏姓䶮峋W(wǎng)冬季采暖費(fèi)為市民25元/m2,工商用戶36元/m2(2011年價(jià)格)。夏季空調(diào)費(fèi)約為50元/m2。全年費(fèi)用為市民75元/m2(工商戶為86元/m2)。而地源熱泵冬季供暖費(fèi)13元/m2,夏季空調(diào)費(fèi)12元/m2,全年費(fèi)用為25元/m2。以電價(jià)0.6元/kwh計(jì)算,一般采暖空調(diào)用電45kwh/m2,而地源熱泵用電僅為15kwh/m2。
(3)節(jié)能效果
VRF空調(diào)系統(tǒng):通過在不同負(fù)荷下調(diào)節(jié)室外機(jī)的輸入功率及制冷劑流量來達(dá)到節(jié)能效果;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:需要制冷機(jī)組和鍋爐兩套設(shè)備機(jī)組,維護(hù)需要專業(yè)人員;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:用電量小,使用熱能驅(qū)動(dòng),耗能比常規(guī)空調(diào)大30——40%,節(jié)電不節(jié)能。
4.2、設(shè)備結(jié)構(gòu)與維護(hù)管理比較
(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)
地源熱泵:一機(jī)三用,一臺(tái)機(jī)組就可以實(shí)現(xiàn)供冷、供熱和供生活熱水,設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單;
VRF空調(diào)系統(tǒng):一套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供冷和供熱,但生活熱水系統(tǒng)則需另配;
冷水機(jī)+燃油鍋爐:需要供冷和供熱兩套設(shè)備,結(jié)構(gòu)復(fù)雜;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:可一機(jī)三用,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
(2)維護(hù)管理
地源熱泵:系統(tǒng)采用自控系統(tǒng),系統(tǒng)簡單,維護(hù)費(fèi)用低;
VRF空調(diào)系統(tǒng):隨著管道的加長,對管材材質(zhì)、制造工藝、現(xiàn)場焊接等的要求也提高,滲漏的可能性增大;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:鍋爐房需設(shè)置安全裝置,需請壓力容器檢測站每年進(jìn)行檢測,否則不準(zhǔn)使用;冷卻塔需定期清洗,維護(hù)費(fèi)用高;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:水泵和冷卻塔耗能大,機(jī)組需常年保持較高的真空度,冷量衰減快,維護(hù)費(fèi)用高。
4.3、機(jī)房占地、使用壽命及其他方面的比較
(1)機(jī)房占地
地源熱泵:當(dāng)使用水—水機(jī)組時(shí),所需機(jī)房面積較小;使用水—空氣分散式系統(tǒng)僅需要循環(huán)泵房;
VRF空調(diào)系統(tǒng):室外機(jī)可采用壁掛或立式放置,不需要機(jī)房,但影響建筑外觀;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:需要冷凍站和鍋爐房;且冷卻塔和儲(chǔ)油設(shè)備也需要占用面積;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:設(shè)備及機(jī)房的占地面積較大。
(2)使用壽命
地源熱泵:壽命最長,設(shè)計(jì)施工良好的地埋管部分可達(dá)38000小時(shí)及以上,地面以上設(shè)備壽命約21000小時(shí);
VRF空調(diào)系統(tǒng):一般為25000小時(shí)左右;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:平均使用壽命約為21000小時(shí);
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:平均使用壽命約為21000小時(shí)。
(3)使用范圍比較
地源熱泵:地埋管系統(tǒng)需一定的地下面積,或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源,;
VRF空調(diào)系統(tǒng):適用于對室外美觀要求不高的建筑物;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:比較適合于對環(huán)保要求不高的地區(qū);
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:適用于煤、油(氣)資源極為豐富的地區(qū),或可以利用熱電廠或其他廢熱的地區(qū)。
(4)其他方面的比較
地源熱泵:沒有室外機(jī),不影響建筑物美觀,無環(huán)境污染,需要建筑物周圍有一定的空地或可以利用的湖泊、池塘、河流等水源;
VRF空調(diào)系統(tǒng):主機(jī)安裝高度有限制。機(jī)組不宜設(shè)置過密,否則通風(fēng)不暢;室外機(jī)影響建筑物外部美觀;
冷水機(jī)組+燃油鍋爐:適應(yīng)性強(qiáng),但污染環(huán)境,運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜,鍋爐房需要設(shè)置自動(dòng)安全報(bào)警裝置,啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊大;
溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組:節(jié)電不節(jié)能,需蒸汽等大量余熱、燃油(氣),會(huì)造成空氣污染。
總而言之,地源熱泵空調(diào)作為一種新型的中央空調(diào)形式,可節(jié)省建筑空間,提高投資效用,操作及維護(hù)相對便捷,使用期限相對延長,廢棄排放量相對較低,在節(jié)能、環(huán)保上享有相當(dāng)大的優(yōu)勢。在經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益并舉的今天,地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)必將進(jìn)一步獲得重視,得到越來越廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。
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