地源热泵空调技术在校园建设中的应用

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摘要：学院新校区建设，采用土壤源热泵系统作为建筑物的冷热源，运用系统优势，

使该设备高效节能环保的优越性得到了充分的体现。

关键词：地源热泵；系统优势；节能环保

Abstract: The new campus construction, the soil source heat pump system as the heat and cold source of building, using the advantages of system, the superiority of the equipment with high efficiency and energy saving and environmental protection has been fully reflected.

Key words: ground source heat pump；system advantage；energy conservation and environment protection;

中图分类号：[F213.2]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言

为贯彻国务院关于节能减排战略部署，进一步加大可再生能源在城市建筑领域的应用力度。我院经过充分论证，在新校园的建设中，采用了具有国际先进水平的地源（土壤）热泵空调技术，用于解决新校园的采暖和制冷问题，新校园建筑规模56000㎡，空调系统总投资1300万元。新校建成后两个采暖制冷期的试运转期间，初步核算运行费用14.4元∕年·㎡。室内监测，冬季平均温度19℃以上，夏季26℃左右。全部系统除正常的清洗维护工作外，平常的运行管理只有2人兼管，系统运行平稳。基本实现了运行安全可靠，管理维护方便、节约能源、保护环境的工程设计要求。

一、项目背景及工程概况

学院建校三十年以来，一直使用燃煤锅炉对教学楼、学生公寓、办公楼等进行冬季取暖。在使用过程中，由于锅炉老化、管道锈蚀、管道保温损坏，致使燃煤锅炉热效率低、制热效果差、污染严重，已不符合节能减排的要求。学院经过近半年的调研，对土壤源热泵空调系统、水源热泵空调系统、燃煤锅炉采暖系统、传统中央空调系统等采暖方式进行经济分析，决定采取土壤源热泵空调系统进行制热、制冷（俗称地源热泵）。

二、地源热泵空调系统可行性分析

1．地源热泵的节能原理：地源热泵是一种利用地下土壤作为能量来源为建筑制冷或制热的系统，使用功能类似中央空调，但是不需要消耗传统的能源（煤、燃料油等），而且不产生污染；由于其节能效果好，没有污染因而近年来受到广泛的重视和发展。与传统的中央空调（热泵）用电、燃油或者天然气作为能量来源不同，地源热泵不需要这些传统的能源，地源热泵主要是利用地下土壤作为主要能量来源，节约了传统的能源。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能）的既可供热又可制冷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“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到土壤源中去。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。

2．地源热泵的节能效果：根据相关的专业机构所作的分析，地源热泵的投资比分体式空调制冷+集中供暖的方式高15%，但是单位运行费用节省40%以上。以华北地区为例，一个建筑面积100平米的住宅，如果采用分体式空调制冷+集中供暖的方式，投资为2.7万元，而地源热泵则要3.1万元，但是每年的运行费用则相差1500元，大约2.7年之后就可以补偿初期的投资差额，在此之后，地源热泵与普通的制冷（制热）方式相比就产生了净收益，而工程面积越大，地源热泵机组的优越性就越能得到体现。 上述计算没有考虑到能源价格可能的上涨以及环保方面的收益，如果考虑到这些因素，地源热泵的优点更加明显。

3．地源热泵系统的节能性数据比较：

按空调造价及运行费用比较节能数据，地源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。

表1 地源热泵与常规空调投资比较

表2地源热泵与常规空调运行费用比较

4．可行性分析结果：

通过以上分析可知，地源热泵系统是一种可靠、经济、节能的采暖方式。不仅如此，由于它使用清洁能源，由于它节能效果明显，节能就是环保，在电力已进入买方市场的条件下，在人民生活条件迅速改善的条件下，地源热泵无疑将是一种受大家欢迎的采暖空调方式。

三、节能控制设计方案：

冬季：本项目行政办公楼、三栋新教学楼在白天8:00 -20:00时间范围内，采用地源热泵空调专用机组+室外地埋换热器+明装风机盘管空调系统形式对该四栋建筑的室内进行供热；而三栋宿舍楼在晚上18:00-凌晨8:00时间范围内采用地源热泵空调专用机组+室外地埋换热器+明装风机盘管空调系统形式对该三栋建筑的室内进行供热。

夏季：本项目行政办公楼、三栋新宿舍楼在白天7:00 -20:00时间范围内，采用地源热泵空调专用机组+室外地埋换热器+明装风机盘管空调系统形式对该四栋建筑的室内进行供冷；而三栋宿舍楼在晚上20:00-凌晨8:00时间范围内采用地源热泵空调专用机组+室外地埋换热器+明装风机盘管空调系统形式对该三栋建筑的室内进行供冷。

四、地源热泵中央空调系统的优势：

地源热泵中央空调系统的优势之一就是它属于绿色建筑的构成要素。

地埋管地源热泵利用土壤一年四季温度稳定的特点，冬季把土壤能作为热泵供暖的热源，即把高于冬季大气温度的地能中的热能取出来供给室内采暖，夏季把土壤能作为空调的冷源，即把室内的热量取出来释放到低于夏季大气温度的土壤中。通常地源热泵消耗1KW的热量，用户可以得到5KW以上的热量或冷量，从而达到节能的目的，而且在系统运行过程中，不产生任何有害物质，实现了环保的功效。 该系统有如下特点：

1、资源可再生利用并可高效节能

地源热泵技术是利用了地球表面浅层地热资源（通常深度小于200米，上海地区约为80～120米）作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500多倍，且不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这是储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。地源热泵系统不会把热量、水蒸气及细菌等排入大气环境，符合当前可持续发展的战略要求。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30％～40％的供热制冷空调的运行费用。高效的地源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW 的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的3O％～60％，而据最近三年的运行经验，夏冬季的运行费用均比传统中央空调和城市热网供冷或暖节省运行费用40％～50％。

2、系统运行费用低

与传统空调系统相比，地源热泵系统每年运行费用可节约40%左右。采用地源热泵系统，由于地层岩土的温度稳定，地源热泵可以比风冷热泵具有更高的效率和更好的可靠性，其热源温度全年较为稳定，一般为l0-25℃。而且地源热泵系统可用于供暖、空调，还可提供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉、空调制冷装置或系统，一机多用。此外，机组使用寿命长，均在20年左右；机组紧凑、节省空间：维护费用低；自动化控制程度高，可无人值守。地源热泵中的热源不是指地热田中的热气或热(温)水，而是指一般的常温地层岩土，所以对地下热源没有特殊要求，可在中国绝大部分地区应用。

地源热泵系统的COP值一般在4～6左右，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系统的50％～60％。

3、占地面积少

同样的冷热量，机组外形尺寸小，机房附属设备少，因此机房占地面积小，节省空间，机房可设在地面上，也可设在地下；室外地埋换热器部分安装试压完毕后，其使用的土地仍然可以用于绿化、停车及道路等。我院安装在体育场人造足球场地下2米深，既保证设备的正常运行，又节约了学院的大量土地。

4、绿色环保

地源热泵系统利用地球表面浅层地热资源，无须燃烧燃料，没有排烟及废弃物，节能环保，无任何污染，地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，约减少40％以上，与电供暖相比，约减少70％以上，如果结合其它节能措施节能会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；地源热泵系统属自含式系统，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。由于该装置的运行没有任何污染，所以可以建造在校园体育场下，正因为没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，所以不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。地源热泵系统没有冷却塔和其它室外设备，没有中央空调集中占地问题，节省了空间和地皮，为建设单位带来额外利润，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。

5、自动化程度高

机组与各系统均可实现自动化控制，可根据室外温度变化及室内温度要求控制机组启停，达到最佳节能效果，同时节省了人力物力。

6、可自主调节机组

能够任意调机，投资者可按需要调整供应时间及温度，完全自主。

7、一机多用

既可供暖，又可制冷，又可在机组工作时利用热回收装置免费获得生活热水或为游泳池加热，最大限度的利用了能源。