地源热泵系统用于中央空调的优势及节能环保性分析

  随着空调行业的发展，先进的中央空调系统不断出现，地源热泵中央空调在现代建筑中发挥着越来越重要的作用。人们对地源热泵空调的要求也在不断提高，节能、环保、灵活已成为未来的共同目标。

  本文介绍了地源热泵系统的组成和原理，在投资回报、运行性能、设备管理、使用寿命等方面与其他中央空调进行了比较和分析，充分讨论了地源热泵工程在节能环保方面的综合优势。

  地源热泵系统的组成及运行原理

  1.由地源热泵系统组成

  地源热泵空调系统由地下换热器、地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱、空调终端设备和室内温度控制器组成。热泵室配备地源热泵机组、水泵、固定压力补水装置和加药设备。空调末端由新风机组、风机线圈、回风口和安全控制器组成。

  1.2 地源热泵运行原理

  冬季，埋管地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道组成的地下热交换器，从地球上收集自然界的低温热量，然后通过循环水将热量带入地源热泵机组，提高水温，并通过终端设备将热量送入室内。夏季，地源热泵系统将室内热量排入环路并被地球吸收，房屋获得冷量。

  地源热泵的特点

      (1)地源热泵系统可充分利用土壤、河流、湖泊、海水、污水中的低热能进行循环再生，实现建筑物的采暖和冷却。

      (2)地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气锅炉高48%。系统配置良好的热泵机组的制冷系数（COP）可达到5.0以上，即输入1千瓦电能，输出5千瓦冷量，运行成本低。

      (3)地源热泵系统的运动部件比传统空调系统少，从而减少了维护量。机组一般采用标准部件，维护方便。终端设备的空气滤网和冷凝水盘需要经常清洗。

      （4）地源热泵系统在运行过程中不需要燃烧燃料，因此不会产生有毒气体和污染物，也不会发生爆炸。冬季地源热泵系统不需要锅炉，无燃烧产品排放，可大大降低温室气体排放。根据美国地热协会提供的报告，肯塔基州路易斯维尔只有15个建筑面积.高特，8万平方米.豪斯酒店地源热泵系统每年可减排CO2849吨；SO219.97吨；NOX14.98吨；微尘2.49吨。2010年世界达沃斯论坛主会场-新建9.8万m天津梅江会展中心地源热泵工程污染物排放比常规空调供热减少70%。

      （5）该系统可广泛应用于办公楼、酒店、学校、公寓、医院、酒店、购物中心、别墅等场所。在处理冬夏热平衡的基础上，甚至在寒冷或热带地区。

  中央空调地源热泵的综合优势

  3.1 一机多用

      地源热泵可以完全取代冷水机组 锅炉两种设备，解决供热制冷设备分离给用户带来的不便，其热回收功能可以有效地提供大量高质量的生活热水。

  3.2 节省空间，稳定运行

  地源热泵系统不需要宝贵的地面面积，因为没有传统冷水机组的冷却塔、锅炉房等室外地面设备，可以产生额外的经济效益，改善环境的外部形象。埋地管置于室外地下，既美观又不占用室内空间。室内系统与其他系统相同。此外，机组运行条件稳定，几乎不受环境温度变化的影响。即使在寒冷的冬天，加热也不会衰减，更不用说风冷热泵冬季运行的霜冻和除霜了。没有燃煤、燃油锅炉储煤、储油等不卫生、不安全的问题。

  3.3 使用寿命长

  一般来说，常规空调的设计寿命是10-15年，燃气锅炉为8-10年；地源热泵系统运行条件稳定，地下换热器使用寿命可达50年以上。

  3.4 控制简单

  根据用户的要求，可以降低控制成本。有利于全系统可编程智能远程中央计算机控制，自动调整地源热泵冷却或加热处理，实现节能最大化，降低运行成本。还可以设置显示和打印设备，存储和分析各种加热、制冷、维护等经济和技术数据，促进系统运行的最佳优化。

  3.5 低维护费

  地源热泵系统，控制人员专业门槛低。地源热泵系统无冷却塔、屋顶风机，压缩机工作稳定，传统设备制冷剂压力过高或过低，维护成本远低于传统空调；一套设备可实现制冷、加热、生活热水三种功能，减少各种制冷、加热设备的维护。

      与其他空调方案相比，地源热泵的性能

      目前地埋管地源热泵和地源热泵VRF分析比较空调系统、冷水机组 燃油锅炉、溴化锂冷热水机组中央空调形式如下：

  4.1 初始投资投资和运营成本

  （1）初投资

  地源热泵：初始投资略高；

  VRF空调系统(变制冷剂流量多联分体式空调系统):初始投资高；

  冷水机组 燃油锅炉:初始投资相对较少；

  溴化锂冷热水机组：初始投资较高。

  (2)运营费用

  地源热泵：可比一般暖通空调节约40%-60%。

  以天津为例，市政热网冬季取暖费25元/m2，工商用户36元/ m2(2011年价格)。夏季空调费约50元/ m2.年费75元/ m2(工商户86元/ m2)。冬季地源热泵供暖费13元/ m2.夏季空调费12元/ m2.年费25元/ m2。以电价0.6元/kwh一般采暖空调用电45kwh/ m2.地源热泵用电量仅为15kwh/ m2。

  (3)节能效果

  VRF空调系统：在不同负荷下调节室外机输入功率和制冷剂流量，达到节能效果；

  冷水机组 燃油锅炉：需要制冷机组和锅炉两套设备机组，维护需要专业人员；

  溴化锂冷热水机组：用电量小，由热能驱动，能耗比传统空调高30-40%，节能。

  4.2 比较设备结构和维护管理

  (1)设备结构

  地源热泵：一机三用，一机可实现供冷、供热、供热，设备结构相对简单；

  VRF空调系统：一套系统可实现供冷供热，但生活热水系统需另配；

  冷水机 燃油锅炉:结构复杂的两套设备需要冷却和加热；

  溴化锂冷热水机组：一机三用，结构复杂。

      (2)维护管理

  地源热泵：系统采用自动控制系统，系统简单，维护成本低；

  VRF空调系统：随着管道的延长，对管道材料、制造工艺、现场焊接等的要求也增加，渗漏的可能性增加；

  冷水机组 燃油锅炉：锅炉房应设置安全装置，压力容器检测站应每年检测，否则不得使用；冷却塔应定期清洗，维护成本高；

  溴化锂冷热水机组：水泵和冷却塔能耗大，机组全年真空度高，冷量衰减快，维护成本高。

  4.3 机房占地、使用寿命等方面的比较

  (1)机房占地

  地源热泵：使用水-水机组时，所需机房面积较小；使用水-空气分散系统只需循环泵房；

  VRF空调系统：室外机可采用壁挂式或垂直放置，无需机房，但影响建筑外观；

  冷水机组 燃油锅炉：需要冷冻站和锅炉房；冷却塔和储油设备也需要占用面积；

  溴化锂冷热水机组：设备及机房占地面积大。

  (2)使用寿命

  地源热泵：使用寿命最长，设计施工良好的埋管部分可达3.8万小时以上，地上设备使用寿命约2.1万小时；

  VRF空调系统：一般25000小时左右；

  冷水机组 燃油锅炉：平均使用寿命约为21000小时；

  溴化锂冷热水机组：平均使用寿命约21000小时。

      (3)使用范围比较

  地源热泵：埋管系统需要一定的地下面积，或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源；

  VRF空调系统：适用于对室外美观要求较低的建筑；

  冷水机组 燃油锅炉:更适合环保要求低的地区；

  溴化锂冷热水机组:适用于煤、油(气)资源丰富的地区，或热电厂或其他废热地区。

      (4)其他方面的比较

  地源热泵：无室外机，不影响建筑美观，无环境污染，建筑周围有一定空间或湖泊、池塘、河流等水源；

  VRF空调系统:主机安装高度有限。机组不宜设置过密，否则通风不畅；室外机影响建筑外观；

  冷水机组 燃油锅炉：适应性强，但环境污染，运行维护复杂，锅炉房需要设置自动安全报警装置，对电网影响较大；

  溴化锂冷热水机组：节能、蒸汽等大量余热、燃油（气），会造成空气污染。

  地源热泵空调作为一种新型的中央空调形式，可以节省建筑空间，提高投资效率，操作维护相对方便，使用寿命相对延长，废物排放相对较低，在节能环保方面具有相当大的优势。在当今的经济和社会效益中，地源热泵空调系统将得到越来越广泛的开发和应用。

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