地源空調(diào)設(shè)計(jì)

地源空調(diào)設(shè)計(jì)

一、空調(diào)系統(tǒng)介紹

（1）傳統(tǒng)的中心空調(diào)有空氣源熱泵（風(fēng)冷機(jī)組）+幫助電加熱和水冷冷水機(jī)組+鍋爐兩種形式?？諝庠礋岜茫L(fēng)冷機(jī)組）和水冷冷水機(jī)組在制冷時(shí)都是把房間的熱量向室外空氣排放，受室外氣溫因素影響太大，其制冷量隨室外空氣溫度上升而降低，尤其在高溫高濕地區(qū)，機(jī)組制冷性能極不穩(wěn)定，效率低下。在制熱時(shí)，空氣源熱泵當(dāng)室外溫度降到零度以下時(shí)需加幫助電加熱裝置，否則機(jī)組不能正常工作，耗電量大，效率很低，而水冷冷水機(jī)組+鍋爐這種空調(diào)形式，在供熱時(shí)需用電鍋爐或燃煤、燃油鍋爐，污染嚴(yán)峻，運(yùn)行費(fèi)用昂貴。

（2）地下水源空調(diào)系統(tǒng)是從水井中抽取的地下水。這種空調(diào)在應(yīng)用上受到很多限制，需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。雖然在理論上抽取的地下水能夠回灌到地下水層，但是目前國(guó)內(nèi)地下水回灌技術(shù)還不成熟，很簡(jiǎn)單造成地下水資源的流失。目前由于對(duì)使用地下水的規(guī)定和立法越來(lái)越嚴(yán)格，這種空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用已漸漸削減。

（3）土壤熱交換器地源空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵是一種利用地下土壤中的地?zé)豳Y源，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。這種空調(diào)系統(tǒng)是把熱交換器埋于地下，通過水在由高強(qiáng)度塑料管組成的封閉環(huán)路中循環(huán)流淌，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)展冷熱交換的目的。夏季通過機(jī)組將房間內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對(duì)房間進(jìn)展降溫。同時(shí)儲(chǔ)存熱量，以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉(zhuǎn)移到房間，對(duì)房間進(jìn)展供暖，同時(shí)儲(chǔ)存冷量，以備夏用，大地土壤供應(yīng)了一個(gè)很好的免費(fèi)能量存貯源泉，這樣就實(shí)現(xiàn)了能量的季節(jié)轉(zhuǎn)換。通常機(jī)組消耗1kW的電量，用戶可以得到4kW-5KW左右的熱量或冷量。與鍋爐供熱系統(tǒng)相比，地源空調(diào)系統(tǒng)要比電鍋爐節(jié)約三分之二以上的電能，比燃煤、燃油鍋爐節(jié)約約二分之一的能量；由于地下土壤的溫度全年較為穩(wěn)定，一般為15～20℃，在夏季遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室外空氣溫度，在冬季遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室外空氣溫度，機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定，無(wú)論在制冷還是制熱都始終處于高效率運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，制冷、制熱的性能與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，因此其運(yùn)行費(fèi)用為一般中心空調(diào)的系統(tǒng)的40～50％。因此，近十幾年來(lái)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美北歐等國(guó)家取得了很快的進(jìn)展，中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)在最近五年來(lái)也特別活潑，可以估計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的高效、環(huán)保、節(jié)能的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。

二、地源空調(diào)進(jìn)展概況

地源熱泵的概念最早消失在1912年瑞士的一份專利文現(xiàn)中。20世紀(jì)50年月，歐洲和美國(guó)開頭了討論地源熱泵的第一次高潮。但在當(dāng)時(shí)能源價(jià)格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因而未得到推廣。直到上世紀(jì)70年月，石油危機(jī)和日益惡化的環(huán)境把人們的留意力集中到節(jié)能、高效益用能和環(huán)境愛護(hù)上時(shí)，使地源熱泵的討論進(jìn)入了又一次高潮，最近20年在歐美等工業(yè)興旺國(guó)家取得了快速的進(jìn)展，已成為一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。在美國(guó)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國(guó)政府竭力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。為了表示支持這種技術(shù)，美國(guó)總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的別墅中也安裝了這種地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)（見2023年5月28日參考消息）。到目前為止美國(guó)已安裝了600，000臺(tái)，而且規(guī)劃每年安裝40萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo)，能降低溫室氣體排放一百萬(wàn)噸，相當(dāng)于削減50萬(wàn)輛汽車的污染排放或種植樹一百萬(wàn)英畝，年節(jié)省能源費(fèi)用4、2億美元。瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用地源熱泵，用于供暖及供應(yīng)生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例：瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

在我國(guó)由于能源價(jià)格的特別性以及人們節(jié)能、環(huán)保的熟悉程度等緣由以及其它一些因素的影響，地源熱泵空調(diào)技術(shù)應(yīng)用和進(jìn)展比擬緩慢，人們對(duì)之尚不非常了解，推廣較困難，然而隨著人們生活水平的提高，人均能耗的增長(zhǎng)，一次性礦物能源的日益衰竭以及環(huán)境的日趨惡化，地源熱泵技術(shù)已越來(lái)越引起人們的重視。在目前節(jié)能和環(huán)保的潮流下，該技術(shù)以其特有的節(jié)能性和穩(wěn)定性受到行業(yè)的矚目，國(guó)內(nèi)很多院校、科研所作了大量的應(yīng)用討論。國(guó)家建立部在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中特地作了推舉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在北京2023年施工并投入運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)的空調(diào)工程占全年空調(diào)工程總量的2/3以上?？梢灶A(yù)見，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的日益提高，地源熱泵作為一種節(jié)能、環(huán)保的綠色空調(diào)設(shè)備適應(yīng)能源可持續(xù)進(jìn)展戰(zhàn)略要求，在中國(guó)必將有寬闊的應(yīng)用和進(jìn)展前景。

三、地源空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

地源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比有著無(wú)可比較的優(yōu)勢(shì)。

（1）利用可再生能源：屬可再生能源利用技術(shù)

地源熱泵從常溫土壤中吸熱或向其排熱，土壤中的能量它永無(wú)枯竭，是一種可再生的清潔能源，可持續(xù)使用。

（2）高效節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低：屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)

地下土壤溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的空調(diào)冷熱源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可*、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。在制熱制冷時(shí)，地源熱泵可將土壤中的能量“搬運(yùn)”到室內(nèi)，其能量70%來(lái)自土壤，輸入1KW的電量可以得到5KW以上的制冷制熱量。運(yùn)行費(fèi)用每年每平方米僅為15——18元，比常規(guī)中心空調(diào)系統(tǒng)低40%左右。

（3）節(jié)水省地：1）以土壤為冷熱源，向其放出熱量或汲取熱量，不消耗水資源，不會(huì)對(duì)其造成污染。2）省去了鍋爐房及附屬煤場(chǎng)、儲(chǔ)油房、冷卻塔等設(shè)施，機(jī)房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約建筑空間，也有利于建筑的美觀3）埋管可埋在車庫(kù)、停車場(chǎng)、花園、操場(chǎng)等下面，不占用使用面積

（4）環(huán)境效益顯著

該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建筑在居民區(qū)內(nèi)，在供熱時(shí)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，不會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)，對(duì)環(huán)境特別友好，是抱負(fù)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。

（5）運(yùn)行安全穩(wěn)定，可*性高：地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中無(wú)燃燒設(shè)備，因此不行能產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣，也不存在丙烷氣體，因而也不會(huì)有發(fā)生爆炸的危急，使用安全。燃油、燃?xì)忮仩t供暖，其燃燒產(chǎn)物對(duì)居住環(huán)境污染極重，影響人們的生命安康。由于土壤深處溫度特別恒定，主機(jī)吸熱或放熱不受外界氣候影響，運(yùn)行工況特別穩(wěn)定，優(yōu)于其它空調(diào)設(shè)備。不存在空氣源熱泵供熱缺乏，甚至不能制熱的問題。土壤源熱泵地下?lián)Q熱管路采納高密度聚乙烯塑料管，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年以上，可與建筑物壽命相當(dāng).空調(diào)機(jī)組構(gòu)造簡(jiǎn)潔，運(yùn)轉(zhuǎn)部件少，使用壽命可到達(dá)20年以上。整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐－制冷機(jī)系統(tǒng)大大削減，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。修理量極少，折舊費(fèi)和修理費(fèi)也都大大地低于傳統(tǒng)空調(diào)。

（6）舒適程度高

（7）一機(jī)兩用，應(yīng)用范圍廣

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，一套系統(tǒng)可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。

可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于住宅的采暖、供冷。

（8）自動(dòng)運(yùn)行

地源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)潔可*，維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)掌握程度高，可無(wú)人值守；此外，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，均在20年以上。

四、地源空調(diào)系統(tǒng)的社會(huì)效益

在我國(guó)的一些興旺城市，夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的40-50%。特殊是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染，對(duì)人們的安康形成了威逼。因此，建筑物污染掌握和節(jié)能已是國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的一個(gè)重大問題。傳統(tǒng)的采暖空調(diào)模式因其產(chǎn)生的環(huán)境污染正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

對(duì)于夏季制冷的建筑來(lái)說，隨著空氣熱泵空調(diào)的普及，空調(diào)的實(shí)際使用效果正在逐年下降，這是由于空調(diào)裝機(jī)容量的增加，空調(diào)局部熱島效應(yīng)交*干擾的結(jié)果。天氣越酷熱，室外的溫度越高，空調(diào)負(fù)荷也越大，而此時(shí)空調(diào)機(jī)向室外散熱時(shí)，傳熱溫差越小，空調(diào)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率就越低，設(shè)備也越費(fèi)電。也就是說，除了燃煤供暖給環(huán)境造成污染之外，空調(diào)機(jī)同樣會(huì)造成大氣污染。

傳統(tǒng)的供暖空調(diào)方式是由兩套系統(tǒng)分別解決冬季供溫和夏季制冷系統(tǒng)投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，而且占地面積大。

另一方面，我國(guó)大局部地區(qū)冬冷夏熱，夏天大量地使用風(fēng)冷空調(diào)，造成某些大城市供電緊急，形成電荒，為了確保不會(huì)造成斷電等問題消失，有些城市夏天限制用電量。另外，由于局部地區(qū)沒有暖氣供給，冬天使用電爐取暖，造成電力供給緊急。因此，冬天供暖價(jià)格的上調(diào)使供暖的運(yùn)行費(fèi)用有所提高，再加上供暖造成的污染嚴(yán)峻，讓我們不得不思索采納一些節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品。

地源熱泵機(jī)組制冷、供暖所需能量3/4左右來(lái)自地下，另外1/4左右來(lái)自電力輸入，從而削減一次性的礦物能源消耗；不向室外排冷、熱風(fēng)，削減城市熱島效應(yīng)。對(duì)環(huán)境特別友好。

地源熱泵空調(diào)是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的工程系統(tǒng)。冬季向建筑物供熱，夏季又可供冷。可廣泛應(yīng)用于各類建筑中，如商