地源热泵节能环保空调.doc

1、地源热泵节能环保空调摘要：地源热泵是利用浅层地下土壤、岩石、地下水或其他介质中储存的大量低温热源为建筑空间提供暖气、空调和热水的一种能源转换系统，是目前最高效和环保的技术之一。本文分析了地源热泵系统的特点并结合工程实例对地源热泵空调系统和其他传统空调系统进行了经济分析比较。 关键词：地源热泵、环保、经济分析 中图分类号：TE08 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 随着我国经济建设的发展，建筑能耗在国家总能耗中已占据重要地位，民用采暖、空调耗能比例逐年增长。在发达国家中，供热和空调的能耗可占到社会总能耗的 2530%。建筑内中央空调能耗一般包括三部分，即(1)空调冷热源；(2)空调机组末端

2、设备；(3)水或空气输送系统。这三部分能耗中，冷热源能耗约占空调总能耗的 50左右，是空调节能的重要内容，并且我国的能源结构主要依靠矿物燃料。矿物燃料燃烧产生的大量污染物，包括大量 SO2 等有害气体以及 CO2 等温室效应气体。大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已日益成为各国政府和公众关注的焦点。地源热泵是能有效节省能源、减少大气污染和 CO2 排放的一种供热和空调新技术。 二、能源现状 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。在锅炉和供热管线等环节热损失都很大，在不考虑各种热损失及热转换和输送效率的情况下，一次能源利用率（即为建筑物供热的

3、热量与燃料发热量之比）最高可为 100%，但是实际只有约 30%左右。因此直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量能量的损失。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能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性能系数，即供热量与消耗的电能之比，现在可达到 34；火力发电站的效率可达 35-58%（高值为燃气联合循环电站） 。采用燃料发电再用热泵供热的方式，在现有先进技术条件下一次能源利用率至少可以达到 100200%，甚至更高。所以采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗，不仅节能，同时

4、也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2 和其他污染物的排放。 三、空调热泵的分类及其特点 以建筑物的空调（包括供热和制冷）为目的的热泵系统有许多种，这里主要讨论利用周围环境作为空调冷热源的热泵系统。就其性质来分，国外的文献通常把它们分为空气源热泵和地源热泵两大类。地源热泵又可进一步分为地表水热泵、地下水热泵和地下耦合热泵。我国对热泵系统的术语尚未形成规范的用法。例如对地下耦合热泵则在一些文献中称为“土壤源热泵” ，或直接称为“地源热泵” 。 空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源，从室外空气中吸收热量，经热泵提高温度送入室内供暖。空气源热泵系统简单，初投资较低。空气

5、源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。此外，在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜，需要定期除霜，这也消耗大量的能量。 另一种热泵利用大地（土壤、地层、地下水）作为热源，可以称之为“地源热泵” 。 地源热泵是利用浅层地下土壤、岩石、地下水或其他介质中储存的大量低温热源为建筑空间提供暖气、空调和热水的一种能源转换系统。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使

6、用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。 地源热泵有许多优点： （1）利用可再生能源：地源热泵属可再生能源利用技术。地源热泵是从常温土壤中吸热或向其排热，土壤中的能量不会枯竭，是一种可再生的清洁能源，可持续使用。 （2）高效节能，运行费用低：地源热泵属经济有效的节能技术。地下土壤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，是很好的空调冷热源，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左右。 （3）节水省地：1)以土壤为冷热源

7、，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染。2)省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。3)埋管可埋在车库、停车场、花园、操场等下面，不占用使用面积。 (4) 环境效益显著：该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，在供热时，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，在供冷时不向室外排冷，减少城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。 (5)运行安全稳定，可靠性高：地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此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，因而也不会有发生爆炸的

8、危险，使用安全。燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。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，优于其他空调设备。不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。 (6)一机两用，应用范围广：地源热泵系统可供暖、制冷，一套系统可以代替传统空调的锅炉加制冷机的两套装置或系统，系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。 四、地源热泵供热空调系统的经济性分析 建筑节能不仅受技术因素和环境因素影响，还与经济因素紧密相关。因此评价一个建筑物其空调系统的可行性，还需对其经济性进行评估。 地源热泵系统可供暖、制冷，节省传

9、统空调的锅炉房和冷却塔投资，减小设备对建筑空间的要求；另外地源热泵系统提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。由于地源热泵机组制冷、供暖所需能量34 左右来自地下，另外 14 左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗，因此降低了空调系统的运行成本，保证了系统的高效性和经济性。针对天津某修试基地工程内一栋空调面积约为 9740m2 的办公楼，其计算冷负荷为 1120kw，计算热负荷 720kw。为了确定其冷热源形式，先对地块周边的能源状况作了初步了解：基地内设 10kv 变电站；基地附近有燃气中压管道及调压站；基地附近有市政供热管线。另外基地内绿化草地及停车场等空地面积较大，可用于

10、做地源热泵系统的土壤埋管用地。根据以上情况，对其进行空调冷热源方案分析比较，有如下六种冷、热源方案可供选择： 冷暖变频 VRV（电）空调+城市热网； 冷暖变频 VRV（燃气）空调冬季供热、夏季供冷； 风冷式冷水机组+城市热网； 水冷螺杆式冷水机组燃气热水锅炉； 燃气型直燃冷/温水机组冬季供热、夏季供冷； 地源热泵机组冬季供热、夏季供冷； 根据天津地区各种能源基价及配套设施费用，经分析计算得出以下数据 综合初投资及运行费表 寿命周期内年平均费用：考虑寿命周期为 15 年，则寿命周期内年平均费用（设备折旧+运行费）概略值如下表： 初投资在寿命周期内的年均分摊费用表 *年平均费用中考虑了初投资在寿命

11、周期内的年均分摊 根据空调冷热源方案分析比较后得出的数据显示，方案六：地源热泵机组冬季供热、夏季供冷，虽然在初投资方面价格较高，但是在全年运行费和年平均费用上面均为最低。因此从经济性方面分析，考虑了初投资在寿命周期内的年均分摊，地源热泵空调系统在 15 年内的总投资为最少。 另外方案六由于选用了双冷凝器全热回收机组，还解决了基地内集中生活热水制备的问题，节约了制备生活热水所需燃气锅炉的初投资及运行费用。经与甲方沟通，阐明了设计理念及各方案的优缺点，最终选用了方案六作为本工程的冷热源形式。 五、地源热泵空调行业现状 在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量约占建筑物总能耗的 4

12、0。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。 地源热泵空调可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体 CO2 和其它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，可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等建筑中，是替代传统供冷采暖形式首选。 地源热泵在北美和欧洲的许多国家已得到广泛的应用，是一种成熟的技术；但我国在地源热泵的应用方面还刚刚起步。因此整个行业的专业人才比较欠缺，给地源

13、空调工程的推广带来了制约；国家虽然出台了相关的资金扶持法规，但是扶持的力度还不大，同时扶持制度的执行比较繁杂；地下耦合热泵系统地下埋管的初投资较高，埋管占地面积较大也是制约其发展的一个问题。但是随着我国经济的发展和空调技术水平的提高，以上制约因素会逐步解决，空调和供热已成为普通百姓的需求，市场前景很好。通过政府部门、科研机构和工程技术人员的共同努力，我国的地源热泵应用将得到较快的推广和发展。 需要指出地源热泵空调系统的经济性和实用性取决于多种因素。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，因此需对建筑物当地地质及能源情况作深入调查再确定使用的形式。例如对于天津地区，由

14、于其地下 0100m 的地质以粘土和粉细沙为主，易于钻孔成型，但相对于地下水流动性较差，因此适合做地下耦合热泵系统；再如沈阳地区，其地下 0100m 的地质以卵石和粗砂为主，疏水性极佳，有很好的地下流动性，可实现自流回灌，适合于地下水热泵系统。 六、结论 现在我国对建筑节能的要求越来越高，减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是当前最为迫切的任务。特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源，作为一种高效的环保节能绿色产品，地源热泵在中国必将有更加广阔的应用和发展前景，它的应用将产生重大的经济效益和社会效益。 参考文献 1高祖锟 .土壤热源热泵用于供暖的研究天津商学院学报 1991.1 2万仁里 谈地源热泵 建筑热能通风空调 2002 第 3 期 46-47 3刁小飞 地源热泵的优越性及前景展望 能源研究与信息 2002 （18）第 1 期 33-36