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绿色聚宝盆——地源热泵中央空调 |
| 发布者：艾富莱 发布时间：2013-06-01 10:21 阅读：次 |
步入21世 纪，人们对生活品质要求不断提高，住宅面积不断扩大，家用空调器也向着大功率、舒适、节能、甚至美观豪华的趋势发展，普通空调器已经不能更充分、更完全地 满足市场需要了。带有新风系统的户式中央空调正在代替普通的房间空调器，在技术上已经取得了突破性进展，因此具有相当可观的潜力和应用前景，并将成为21世纪我国空调产业发展的趋势。
然而，随着空调设备使用的日益广泛，一直困扰人们的能源问题、环保问题显得更为突出。近年来，全球的能源供应出现了普遍紧张的现象，先是意大利大面积停电，而后美国曼哈顿大停电。2003年“停电”浪潮又开始席卷中国，2006年，我国大部分地区出现了炎热干旱天气, 使原本在工厂企业才有的限电拉闸现象延伸到了城市居民的家中, 特别是在部分发达的东部沿海地区,由于停电造成的损失更为突出。据统计，从2006年夏天开始，共有广东、上海、浙江、江苏、重庆等19个省市出现限电现象，而且这一范围还有扩大的迹象。
我国早在60年代就开始了节能领域的探索，近年来，随着能源问题的凸显，可再生能源，如地能、太阳能等成为政府和企业竞相追逐的目标。空调业作为‘电老虎’的代言行业，其节能探索首当其冲。目前，地源中央空调的广泛应用已经在我国部分地区凸显了节电效果，特别是在华北等地区有效的缓解了用电紧张的局面。
地埋管形式
一、地源热泵（地埋系统）原理浅析及发展状况
地 源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。室外冷热源主要是向地源热泵空调机组 提供建筑物在冬夏所需的冷热源，室外系统方案有多种，常见方案为采用地埋管方式，通过埋在地下深处管道内的水与地下土壤进行冷热交换来提供建筑所需冷热 源，众所周知，地下2－3米以下的土壤温度常年基本恒定，且蕴藏着巨大的能量，该方案更是充分利用了这一特点，它是把专用埋地管道埋入地下深处，通过与地下土壤进行热量交换并通过空调热泵的运行把这部分热量转移到室内，达到室内一年四季如春的环境。
钻孔作业
地源中央空调适用范围广，节能效果明显，在有足够空间埋管的情况下，适用于酒店、商场、住宅、写字楼等所有常规空间的应用。我国于2000年2月18日颁布实施的《民事建筑节能管理规定》中第四条明确规定：国家鼓励建筑节能技术进步，鼓励引进国外先进的建筑节能技术……鼓励发展……太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备……空调制冷节能技术与产品，北京、天津、四川等地方政府更是对于采用地源热泵中央空调的建筑给予一定金额的经济补助，2008年中国奥运会青岛帆船基地就采用了地源中央空调。但由于此项技术在中国的发展时间较短，核心技术只有少数国外厂家如WFI、TRANE等掌握，应用实例相对较少，推广存在一定的难度。
地源热泵技术于1912年起源于欧洲，通过这种技术输入少量电能，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，即地源。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，释放到地下去。经过近百年的发展，地源热泵技术已广泛的应用于住宅和各种商业场所，成为一项先 进而又实用的高新技术。目前，环境保护受到国际社会的普遍重视，环保要求愈来愈严，常规能源（如石油、天然气等）的价格日益升高，使得人们更倾向于采用更 为节能的空调系统。
在欧美，地源热泵中央空调早在70年代就得到了普及，特别是在北美地区，如美国，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以20％的速度稳步增长，据测算，每年降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩。美国政府还成立了地源热泵协会，该协会在近年将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作，使得美国成为地源热泵技术研发和应用中心，占据了这一领域的至高点，产生了很多地源热泵的代表品牌，如WFI、TRANE等。
二、地源热泵中央空调的优势
地源热泵作为一种非常重要的可再生能源，具有节能和环保的双重效益，国际上已经将地下蓄热技术和高效热泵同时列入21世纪最有发展前途的新技术。与其他能源利用技术相比地源热泵具有一下优势：
1、利用可再生能源
地源热泵之所以称为地源，是指它依靠地表土壤、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、清洁的可再生能源，是人类尚未充分开发的“绿色聚宝盆”。
2、超级节能
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，这种温度特性是传统空调无法比拟的，使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，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30～40％的供热制冷空调的运行费用。
3、环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵（传统空调）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。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，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，且不用远距离输送热量。
4、一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年 以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区和国家能 源政策的影响；一次性投资及运行费用会随着建筑特点的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地 下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。
值得一提的是目前世界上主要的地水源空调厂家都在中国建立工厂和研发中心，其中地下施工技术最为领先的WFI公司已经在我国宁波设厂。这些都将有力的推动中国地水源热泵技术的发展和普及。
在中国科学院能源研究所等单位曾多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会，中国建筑学会空调研究所所长徐伟公开表示：现在一些开发商忽略了空调系统的运行和维护成本，和传统空调相比，‘地源空调’不仅节能，而且维护成本非常低，无需专人看管，节省了占地空间。没有氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放，可以说是无污染；如果全国每年在２０００万平方米建筑中推广应用地源热泵系统供暖空调，则可替代７０万吨左右标煤，或５．２亿立方米左右天然气，削减约４７０吨氮氧化物和约４０吨颗粒物的排放。我们有理由相信，在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，在各级政府的有力支持下，中国的科技界与企业界携手共进，依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。
三、地水源空调节能环保对比案例
宁波市鄞州区科技中心综合楼坐落在风景优美的宁波市鄞州区鄞州路以北，学士路以西，西临钱塘河，它是一幢以数码商城及行政办公为性质的综合楼。本工程设计为一期空调工程，它包括数码商城和办公基地。其中数码商城建筑面积16288m2，地上四层；塔楼办公基地面积为10196 m2，地上十三层，工程建筑总面积约为26484 m2。根据宁波市民用建筑设计院扩初设计对本工程冷热源匹配，办公楼冷负荷为125万大卡/时，数码商城冷负荷为400万大卡/时；空调采暖时，办公楼为100万大卡/时，数码商城为200万大卡/时。空调方式为传统中央空调：溴化锂冷水机组。制冷时需消耗7.5t/h蒸汽，制热需耗5 t/h蒸汽。空调工程初投资约为850万元；运行费用约为140万元（包括维护、管理费用）。业主认为运行费用较高，于是调整空调方案。经考察、推荐，业主选用垂直地耦管式地源热泵空调（埃美圣龙宁波机械有限公司为该项目执行单位）。
室外地耦管换热系统通过软件计算，共需850个100米深地耦孔，换热占地面积约为15000 m2，这一面积恰为现有空地，仅这部分工程投资为600多万元，再考虑室内工程造价为800多万元，总投资费用较高。又因为业主要求预留空地为二期地源热泵空调工程（建筑面积10000 m2，地耦孔占地面积约为5000 m2）。因此若采用垂直地耦管换热系统，则遇到两个问题：一、没有足够空地布置地耦管换热系统；二、初投资较大，业主无法接受。
基于以上两点，再综合全局考虑，建议业主室外换热系统采用混合系统（垂直地耦管+冷却塔）。即夏天制冷数码商城采用地耦管系统+冷却塔（作为辅助散热设备），办公楼全部为地耦管换热系统。冬天采暖时，因数码商城冷负荷远远大于热负荷特点（2倍），数码商城、办公楼热源全部来自地源，无需增加辅助热源设备。该方式室外所需地耦孔数量约为450个（90米深），初投资相应降低，同时也解决了二期工程室外地耦管换热器安装面积不够问题。
四、前景展望
在 我国，夏热冬冷地区及寒冷地区利用地源热泵可实现夏冬两季冷暖联供，其中最有利的地区是夏热冬冷地区。这个地区年平均温度高，一般居住建筑均无集中供热系 统供暖，而其气候特点是夏季炎热，湿度大；冬季阴冷潮湿，属我国居住热环境质量最差的地区之一。该地区夏季供冷冬季供暖天数相当，同一地区地源热泵系统进 行空调可以充分发挥地下蓄能系统的作用。如果在这些地区大力发展地源热泵空调系统技术，必将大大改善当地人民的居住热环境，为国家节约大量的建筑能耗。
如 果按空调的制冷或制热面积来计算空调的价格，户式中央空调的价格应远比中央空调的价格便宜，但和普通空调比起来又略高一些，不过其价格又在人们的承受能力 之内，而且户式中央空调的性能不逊于中央空调，豪华舒适性也优于普通家用空调，室外机只有一台，可以选择安装在住房楼顶或者其它隐蔽性的地方，丝毫不影响 楼房的外观。
总之，将地源热泵技术应用于户式中央空调的技术可以满足于新世纪空调的发展需要，并且具有很强的可行性，是一种需要大力发展的新型能源利用技术。随着地源热泵应用于户式中央空调技术研究的进展，必然会对我国能源的科学利用起到良好的促进作用。
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