1、地源热泵中央空调系统在建筑中的应用与安装 摘要：地源热泵中央空调系统是利用地下浅层地热资源进行供热、供冷的、无污染、可再生的新能源节能技术，本文就其背景、原理、优点、安装等角度展开分析与研究，从低碳节能、环保、安全、便捷等方面，对于地源热泵中央空调系统的特点进行分析，从而达到对地源热泵中央空调系统的推广与应用。 关键词：低碳节能 地源热泵 中央空调系统 0 引言 地源热泵中央空调系统是利用地下浅层地热资源进行供热、供冷的、无污染、可再生的新能源节能技术，体现了节能、环保、灵活、舒适的新型节能中央空调概念。地源热泵，利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源，在地下埋管，吸收热能。由于其热源温度比
2、较高，全年稳定，不随外界环境温度的变化而变化，所以不管是冬季供暖，还是夏季制冷，地源热泵的能效比都要比其他热源形式的热泵高出许多。只要有足够的场地埋设管道（地下冷热交换装置）或政府允许抽取地下水的就应该优先考虑选择地源热泵中央空调。 1 地源热泵工作原理 地源热泵(也称地热泵)是有效的利用土壤的良好蓄热及蓄冷特性进行的热力学逆循环即利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种工程应用技术技术。 地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖
3、空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。 地源热泵工作原理是：在夏季供冷时，地源热泵技术利用地下环境温度较低的特点，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外
4、地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以冷风的形式为房供冷。地源热泵与冷凝器直接与空气环境进行热交换的普通空调器制冷相比，比普通空调节能 50%以上。在冬季供热时，地源热泵系统通过埋藏在地下的管道将储存在地下的热能通过传热介质吸收，作为逆循环中的低温热源，通过输入少量的高位电能使热泵压缩机完成逆循环，并向用户提供高品位的热能。根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。 2 地源热泵优点 2.1 地源热泵技术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
5、换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（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。 2.2 地源热泵属经济有效的低碳节能技术 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%，
6、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。据美国环保署 EPA 估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户 3040的供热制冷空调的运行费用。2.3 地源热泵环境效益显著 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，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少 25的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。据测算，若安装地源热泵 40 万台，和采用“化石能源”比，相当于
7、降低温室气体排放100 万吨，和 50 万辆汽车的污染排放物。同时，热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度。 2.4 地源热泵空调系统维护费用低 在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。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，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为 1025，其制冷、制热系数可达 3.54.4，其运行费用为普通中央空调的 5060%。地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是
8、安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证 50 年，地上部分可保证 30 年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用。 3 地源热泵室外地埋管系统安装 地源热泵室外地埋管一般选用垂直埋管方式，也叫直埋式。直埋式地源热泵施工时所需场地小，节省建筑空间，是一种经济、对环境无害的绿色能源利用方式。它运行时无噪声，可靠、持久，供热/ 制冷效果好，舒适感好，是一种值得推广的能源利用新技术。安装过程如下：3.1 钻孔 直埋式地源热泵需要用钻机进行施工，要求钻机的钻进深度达到 150200m，钻头的直径根据需要在 100150mm 之间。由于钻孔深度较浅，一般采用常规的正循环钻进方法。在我国
9、，可以选用普通的工程勘察钻机、岩心钻机，如 DK-300 型钻机、DPP100 型车装钻机等。钻孔施工完成后孔壁必须保持完整。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。裸孔钻进时，要求泥浆的密度在 1125g/cm3 左右，以保证形成比较稳定的孔壁并逐渐降低泥浆浓度(加清水)；成孔时，要求最后上返泥浆的密度1108g/cm3 左右，且泥浆中基本不含砂粒。 3.2 U 型管的制备 按照事先设计好的接管方式，把 PVC 型管制备好，要求尽可能让 U 型弯接头的熔接作业在室内进行，以保证接头熔接的可靠性。在场地内展开 U 型管，以使其最好地下入孔内。注入防冻
10、液。防冻液可以增加 U 型管的整体重力，使下管更加容易，并作为传热介质。确保防冻液无泄漏后，在 PVC 管的 U 型接头处捆绑配重。配重一般选用 a815mm 的钢筋，长度为 215m 左右，根据下入 PVC 管的根数决定配筋的数量，一般下入 3 根 PVC 管配 1 根筋，下入 5 根 PVC 管配 2 根筋。 3.3 下 U 型管 U 型管的下放是工程的关键，因为下入 U 型管的深度决定着采取热量总量的多少，所以必须保证下入 U 型管的深度。按照热交换原理，计算下入 U 型管的深度，是以下管的长度计算，而不是按垂直距离计算。下 U 型管的方法十分简单。一般采用人力下管，一方面人的感觉可以判
11、断 U 型管的完好与否；另一方面，人力也足以使其完全地下入孔内。在施工过程中，由于孔内情况复杂，下入 U 型管时可能会遇到很大的阻力(主要来自孔壁对 U 型管的摩擦阻力)，可以采用如下方法进行下管:在 PVC 管上套上粗麻绳，辅以扶正机构，通过加力杠杆作用于粗麻绳上，以便下管。实践证明，这种方法很有效，一般可以增加下管深度 1020m。 3.4 灌注 注浆是为了填充 U 型管与钻孔孔壁间的间隙，使其具有更好的传热性能。填充材料的选择决定了传热率的大小，选择一种热阻抗比较小的材料，是提高整个系统效率的有效途径。美国、加拿大、日本等国的观点认为，最好是把钻孔所取出的岩土体进行回填，但是这在工程上实
12、现起来比较困难，所以一般选用特殊物质制成的专门的灌注材料。注浆时，必须保证注浆的连续性，否则会降低传热效果，影响工程质量。 4 结束语 在我国，从 90 年代起，就兴起了地热直接利用的高潮，尤其在高纬度寒冷的三北（东北、华北、西北）地区，加大了以地热供暖为主的开发力度。这项工作的开展不仅减少了大量有害物质的排放，而且还能取得明显的经济效益。除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。东南沿海地区在发展旅游业的同时利用地热进行制冷和烘干。需要特别加以指出的是随着热泵技术的发展和采用，中低温热水在全国正以强劲势头向规模化、产业化方向健康发展。 如今能源成为经济发展的“指南针” 。国际能源专家普遍认为，新能源和可再生能源是 21 世纪将得到快速发展的能源。我国地热资源丰富，应该抓住这一良遇，加速地热的开发，为我国可持续发展及环境保护做出积极贡献。 参考文献： 1王建奎.浙江沿海海水源应用技术可行性研究.浙江建筑.2010.1. 2张勇.热泵空调技术及应用.通用技术.2010，1.
