文章通過地源熱泵系統(tǒng)在武漢某典型工程的具體應(yīng)用,詳細介紹地源熱泵系統(tǒng)地構(gòu)成、工作原理、優(yōu)缺點以及與傳統(tǒng)空調(diào)運行費用的差別,從而為地源熱泵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供參考。

    一、項目簡介

    整個項目由生產(chǎn)廠房區(qū)、生活服務(wù)區(qū)、辦公區(qū)組成,總建筑面積約為150000m2,其中空調(diào)區(qū)域由綜合辦公樓、生產(chǎn)辦公樓、研究所、餐廳、更衣室等附屬用房組成,建筑面積為23000m2,此外還供應(yīng)1000人規(guī)模的洗浴用水。采用土-氣型地源熱泵空調(diào)系統(tǒng),不僅可以解決夏季制冷、冬季供暖的問題,而且還可以供應(yīng)水溫在55℃左右的生活熱水。該套系統(tǒng)節(jié)能、運行成本費用低、投資合理、綠色環(huán)保。

    二、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)詳述

    此地源熱泵系統(tǒng),采用垂直式地耦埋管+冷卻塔混合式系統(tǒng)。夏季由兩臺土壤熱泵主機承擔基本的冷負荷,用水冷冷水機組調(diào)節(jié)峰值負荷,散熱量由地耦管+冷卻塔共同實現(xiàn)(冷卻塔僅僅在情況地耦管能力不足時投入使用);冬季由熱泵主機承擔熱負荷,冷水機組不運行,負荷全部由地耦管提供;同時兼顧全年用生活洗浴熱水。整個系統(tǒng)由室外換熱系統(tǒng)和室內(nèi)換熱系統(tǒng)兩部分組成,室外換熱系統(tǒng)根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件采用垂直式地埋管換熱方式;室內(nèi)換熱系統(tǒng)為地源熱泵機組換熱系統(tǒng)。

    根據(jù)實地所做的土壤熱響應(yīng)測試實驗得出當?shù)?0米以下均為灰?guī)r,土壤的平均導(dǎo)熱系數(shù)較高,達到3.068W/(m*K),非常適合應(yīng)用地源熱泵技術(shù)。室外換熱為兩管制垂直式地耦管換熱方式,施工250個深度為100米的地耦管孔,每個地耦孔內(nèi)埋設(shè)雙U型地耦管;地耦管總長100000米。250個地耦孔分為25組,平均每10個孔為一組。二次集管將每組內(nèi)的10個地耦孔串聯(lián)起來再接到位于機房內(nèi)的分、集水器上。這樣,在降低施工成本的同時可以大程度上減少每個組對整個系統(tǒng)的影響。本方案將地耦孔就近施工在建筑物的周邊空地(道路、綠地、停車場),可以有效的減少二次集管長度,降低成本。室外地耦系統(tǒng)注滿水后形成一個封閉的水循環(huán),利用水的循環(huán)和地下土壤換熱,將能量在空調(diào)室內(nèi)和地下土壤之間進行轉(zhuǎn)換。其系統(tǒng)穩(wěn)定,不需要利用地下水的水量,不受地下水使用政策和季節(jié)變化影響,不會對本地區(qū)地下水的平衡和地下水的品質(zhì)造成任何影響。

    三、設(shè)計施工要點分析

    (一)設(shè)計要點

    地源熱泵系統(tǒng)地耦管的計算是比較復(fù)雜,需要的計算軟件來完成。在計算上對建筑物全年動態(tài)負荷進行優(yōu)化是很有必要的。在此項目中,初始設(shè)計中的地耦管長度為310000米,這使得工程初投資增加將近100萬元。項目所在地的全年氣候狀況,制冷/制暖的周期以及每日的工作時間是在進行計算中需要注意的要點。

    (二)施工要點

    保證地耦管孔的深度,地耦管的長度符合設(shè)計要求是施工中的。打孔過程中不可避免出現(xiàn)孔深不達標,廢孔的情況,這會導(dǎo)致地耦管長度不夠,出水溫度偏高/低(夏/冬季),機組耗電量增大。此外灌漿也是需要關(guān)注的。灌漿材料為膨潤土和原漿的混合體,灌漿采用加壓回灌方式,保證密實,孔內(nèi)無空腔。

    四、能量消耗對比

    從兩種系統(tǒng)名義功率分別比較年運行費用,即傳統(tǒng)水冷冷水機組+鍋爐和地源熱泵模式。由表1可知地源熱泵相比傳統(tǒng)空調(diào)在運行費用方面的有著巨大優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在兩個方面:一是地源熱泵的COP值高,其中制冷時COP值高可達到5.6,制熱時COP值高可達到5.2;二是可以夜間制造生活熱水,利用波峰波谷的電價政策降低運行費用。

    五、優(yōu)缺點評價

    ,地源熱泵技術(shù)是直接轉(zhuǎn)換成冷、熱風,為房間制冷或供暖,其技術(shù)含量和節(jié)能效率高。二,采用PE管道埋設(shè)的地耦管,具有高可靠、壽命長(70年以上)、免維修、運行成本低等特點,不受開采地下水的限制,節(jié)省了水資源使用費。第三,夏季利用主機排放的余熱加熱生活熱水,無需耗電、耗油;冬季機組既制熱又提供熱水,其熱水費用與太陽能熱水器費用相當。第四,系統(tǒng)初投資大,成本回收周期長。第五,地耦管維修困難。

    六、結(jié)束語

    當今社會,環(huán)境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事,節(jié)能與環(huán)保應(yīng)是我國優(yōu)先解決的課題,而地源熱泵技術(shù)運用到建筑物采暖空調(diào)中是理想的節(jié)能環(huán)保型空調(diào)技術(shù)。

本文源自慧聰熱泵網(wǎng)