文章通過地源熱泵系統在武漢某典型工程的具體應用,詳細介紹地源熱泵系統地構成、工作原理、優缺點以及與傳統空調運行費用的差別,從而為地源熱泵系統的廣泛應用提供參考。

    一、項目簡介

    整個項目由生產廠房區、生活服務區、辦公區組成,總建筑面積約為150000m2,其中空調區域由綜合辦公樓、生產辦公樓、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1000人規模的洗浴用水。采用土-氣型地源熱泵空調系統,不僅可以解決夏季制冷、冬季供暖的問題,而且還可以供應水溫在55℃左右的生活熱水。該套系統節能、運行成本費用低、投資合理、綠色環保。

    二、地源熱泵空調系統詳述

    此地源熱泵系統,采用垂直式地耦埋管+冷卻塔混合式系統。夏季由兩臺土壤熱泵主機承擔基本的冷負荷,用水冷冷水機組調節峰值負荷,散熱量由地耦管+冷卻塔共同實現(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。整個系統由室外換熱系統和室內換熱系統兩部分組成,室外換熱系統根據當地地質條件采用垂直式地埋管換熱方式;室內換熱系統為地源熱泵機組換熱系統。

    根據實地所做的土壤熱響應測試實驗得出當地10米以下均為灰巖,土壤的平均導熱系數較高,達到3.068W/(m*K),非常適合應用地源熱泵技術。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,每個地耦孔內埋設雙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。二次集管將每組內的10個地耦孔串聯起來再接到位于機房內的分、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。室外地耦系統注滿水后形成一個封閉的水循環,利用水的循環和地下土壤換熱,將能量在空調室內和地下土壤之間進行轉換。其系統穩定,不需要利用地下水的水量,不受地下水使用政策和季節變化影響,不會對本地區地下水的平衡和地下水的品質造成任何影響。

    三、設計施工要點分析

    (一)設計要點

    地源熱泵系統地耦管的計算是比較復雜,需要的計算軟件來完成。在計算上對建筑物全年動態負荷進行優化是很有必要的。在此項目中,初始設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計要求是施工中的。打孔過程中不可避免出現孔深不達標,廢孔的情況,這會導致地耦管長度不夠,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,孔內無空腔。

    四、能量消耗對比

    從兩種系統名義功率分別比較年運行費用,即傳統水冷冷水機組+鍋爐和地源熱泵模式。由表1可知地源熱泵相比傳統空調在運行費用方面的有著巨大優勢,主要體現在兩個方面: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、優缺點評價

    ,地源熱泵技術是直接轉換成冷、熱風,為房間制冷或供暖,其技術含量和節能效率高。二,采用PE管道埋設的地耦管,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,系統初投資大,成本回收周期長。第五,地耦管維修困難。

    六、結束語

    當今社會,環境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事,節能與環保應是我國優先解決的課題,而地源熱泵技術運用到建筑物采暖空調中是理想的節能環保型空調技術。

本文源自慧聰熱泵網