淺談地源熱泵空調系統運行管理

劉新龍

(西安鐵路局西安建筑段,陜西西安 710015)

淺談地源熱泵空調系統運行管理

劉新龍

(西安鐵路局西安建筑段,陜西西安 710015)

當前社會,環境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事,在這種背景下,以環保和節能為主要特征的綠色建筑及相應的空調系統應運而生,而開發淺層地熱能的熱泵空調系統正是滿足這些要求的新型中央空調系統。該系統在鐵路中的使用日趨廣泛,怎樣在空調機組的操作、運行以及管理中節約能源,是當下此類從業人員應該著重研究的課題。

地緣熱泵系統 節能運行 管理

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，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。長期以來，我國能源結構中煤炭占絕對的優勢。近幾年國內燃煤鍋爐技術已得到發展和進步，成功開發出鏈條鍋爐分層給料和變負荷控制技術等，但總體看來，目前中國燃煤鍋爐的運行狀況仍低于國外同類產品的水平，鍋爐房整體系統的效率較低，小型燃煤設備污染物排放超標嚴重，“霧霾”天氣近幾年異常突出，即使再對燃煤鍋爐采取脫硫脫硝措施的情況下，也避免不了昂貴的脫硫脫硝運行成本。在這種背景下，節約能源、推進結構調整是中國緩解資源約束的現實選擇。近幾年來，我國堅持把轉變發展方式、調整產業結構和工業內部結構作為能源節約的戰略重點，努力形成“低投入、低消耗、低排放、高效率”的經濟發展方式，以環保和節能為主要特征的綠色建筑及相應的空調系統應運而生，而開發淺層地熱能的熱泵空調系統正是滿足這些要求的新興中央空調系統。目前鐵路部分車站普遍使用地源熱泵空調系統，但地源熱泵系統尚屬于新型中央空調節能系統，鐵路上目前的運行管理人員對系統不夠熟悉，通過對已實施地源熱泵項目的運行情況進行長期跟蹤，總結出常見問題，深入分析原因，并提出相應的運行管理節能措施，可以更好地幫助我們使用這種新型系統。

1 地源熱泵系統

1.1 地源熱泵系統涵義

地源熱泵系統是一種將地表淺層地熱資源當作冷熱源，對建筑物實施供冷或供暖的空調節能系統，地表淺層的實質是一個大型的太陽能集熱器。地源熱泵通過少量電能的輸入，完成能量由低溫向高溫的轉移。地源熱泵同普通熱泵的原理基本一致，不同點是其冷熱源為淺層地熱能。地源熱泵系統包括三種不同的系統：以利用土壤作為冷熱源的土壤源熱泵；以利用地下水為冷熱源的地下水熱泵系統；以利用地表水為冷熱源的地表水熱泵系統。 地源熱泵工作原理：是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

1.2 地源熱泵的系統構成

地源熱泵系統可分為兩部分：地上部分和地下部分。

地下系統是地源熱泵工作性能的關鍵，它直接制約著地源熱泵系統制冷、供熱效率的高低。目前普遍使用的是近年來國際流行的封閉式循環系統，該系統是使用壽命最長、對環境破壞最小的地下系統。該系統使用垂直鉆孔埋設法，即將地熱換熱器的管道豎埋，這種方法因為占地面積小而在我國得到廣泛應用。

地上系統主要包括地源熱泵機房和空調末端系統。由于地源熱泵可同時滿足制冷和供暖的要求，因此大大節省了制冷機房的占地面積和空間?？照{末端系統的設計與普通中央空調末端系統沒有太大區別，在此不再詳細陳述。

1.3 地源熱泵系統的特點

地源熱泵的主要特點包括：(1)節能特點 地源熱泵系統與常規能源供熱方式相比省去了鍋爐房系統，同時利用的是地表淺層可再生的熱量資源，從而達到可持續發展的要求；從制冷角度分析，循環水在地表淺層的土壤中進行換熱，不需要額外設置冷卻水塔，可省去冷卻水的水耗；(2)環保特點 地源熱泵系統在制冷與供熱的過程中不產生廢水、廢渣、廢氣及煙塵，從而大大減小了對空氣、水資源的污染；(3)運行費用低，運行效能高 無論冬季取熱還是夏季散熱，地源熱泵的換熱效率要比常規方式高的多，產生同樣冷量或熱量時地源熱泵所需配備的壓縮機功率小，電能消耗大大減少，與傳統的鍋爐系統和中央空調相比能耗降低50%-60%。

2 地源熱泵系統運行管理中節能方法分析

2.1 地源側流速的控制

在地源熱泵系統設計中，地源側流速是設計參數中重要的一環，但在實際項目中，地源熱泵運行時并不全按照設計流速運行。部分負荷運行過程中，循環泵部分開啟，而地源孔仍全部開啟，從而造成流速過低；不平穩的地源側水力也會導致地源孔流速降低，據調查，地源側流速降低37%，地源孔散熱量降低18%。針對這個問題，節能的具體措施是在部分負荷運行時同時將不用的地埋泵和相對應地地源孔閥門關閉，并調節系統水力使之平衡。

2.2 負荷調節

根據資料顯示，制冷時室內溫度升高1℃，系統節能5%左右，供暖時室內溫度降低1℃，系統節能1.5%左右。地源熱泵系統主機都可實現自動控制，調節方式分為兩種：一是以回水溫度為依據進行調節，在末端設備對回水溫度進行設定，并按此設定長期運行；二是根據實際負荷的需要來手動調節回水溫度，當負荷較小時適當降低回水溫度，這樣在低溫供暖以及高溫制冷時熱機具有較高的能效比，可避免室溫過低、過高，從而促進節能性能的提升。

2.3 設備節能運行管理

地源熱泵系統的設備主要包括地源熱泵機組、循環水泵和末端設備，運行管理中應從多個方面進行實施：第一，熱泵機組的啟用個數依據實際符合需要進行調整，使其高效運行；根據資料顯示，設定合理的回水溫度可提高6%左右的節能效果；避免頻繁啟動機組可有效降低開機能耗，當使用部分主機運行時，開啟相應的循環水泵，關閉未開啟主機的進出口閥門，避免因循環水無效旁通所導致的水流量不足，供熱能力下降。第二，地源熱泵擁有較大埋管敷設面積，地埋揚程不宜過大；運行過程中地埋管全部開啟，地埋泵只有部分開啟，所以地埋側管路會有一定的水力特性變化。同時在末端循環泵中會有部分設備運行時偏離設計工況點的情況，使循環泵工況得以改善可以提升較大的節能效果。第三，設備末端節能運行管理，夏季早晨室外氣溫較低，可利用空調新風機及消防排煙系統抽、送風約15分鐘，這樣不僅可以在開機前降低室溫、減少主機負荷，同時還能檢查排煙系統是否正常，對消防工作有一定幫助；隨時掌握候車大廳各區域的狀況及時調節風柜、風機盤管等設備，減少系統熱負荷，可降低機組和末端設備的耗電量。

2.4 設備運行中電壓的調整

設備運行的耗電量同電壓成正比，目前一般所使用的空調機組額定電壓均為380V，如若將其接入410V電壓運行時，整體的系統耗能會增加約7%，并且長期在超負荷條件下運行會造成設備使用壽命降低，采用合適的供電電壓對于設備運行節能有很大幫助。一般來說設備對電壓的波動有一定范圍要求，最好調整在廠家使用要求的額定電壓范圍內運行。

2.5 使用空間的封閉

根據實地調查顯示，目前很多高鐵站房采取的裝修方案屋頂處設置了格柵，但是格柵上部空間較大，有些甚至與室外未完全封閉，這就造成了冷量熱量的流失，特別是冬季供暖時，熱氣總是朝上漂流，再加上有些出風口位置較高，風道系統彎道多，阻力大，熱風很難吹到旅客區域，導致供暖制冷效果明顯下降。若將格柵設置為可封閉的形式將顯著提高其低溫供暖以及高溫供冷的效果，同時也可降低8%左右的能耗，從而達到節能的目的。

2.6 使用風幕機減少冷、熱量的損耗

高鐵候車廳人流量較大，進、出站口需要不斷地開關門，冷量和熱量在開關門期間損耗很大，這在無形中增加了空調機組很大一部分的冷熱負荷。使用風幕機可有效的減少不必要的冷熱量損失。風幕機產生高速的氣流，將室內外分成兩個獨立溫度區域，防止冷(暖)氣外流，在空調機組長時間運行時，輔助循環調節溫度，達到節約能約改善環境的目的。熱風幕按發熱源可分為電熱、水熱兩大類，電熱風幕機發熱效率高、產出風量大；水熱風幕機因為不需要使用電能來加熱，所以有省電節能的特點，根據調查顯示，使用合理的風幕機能以60-80%的效率來保持室內的冷、暖空氣溫度。

2.7 合理設計風速及風口位置

車站在建筑設計時為了追求外觀美，候車大廳一般都設計為高大空間，如果在中央空調設計時考慮出風口風速不夠，再加上有些出風口位置較高，風道系統彎道多，阻力大，會使得風量就射不到人行區域，這就需要準確合理的計算送風口的出風量，特別是在施工過程中存在一些變更，如空間高度增加，應及時與設計部門聯系進行再次重新效驗設計。同時要注意送風口和回風口最好不要設置在同一側，避免因送風風速不足而直接從回風口又回到回風系統形成短路。

3 結語

地源熱泵中央空調系統在設備運行、系統控制方面仍有較大的節能潛力，建立一套地源熱泵節能管理的完整系統不僅可以提高高鐵設備管理人員的管理水平，還可最大程度地挖掘地源熱泵系統運行管理的節能潛力。

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