談地源熱泵技術及其應用

陳長風

(中鐵十二局集團物業公司，山西太原 030024)

1 概述

環保和節能成為全球發展的主題，可再生能源的開發與利用受到了廣泛的重視。地源熱系統被稱作新世紀最有效的冷暖中央空調技術，逐步走進人們的視野，這項技術夏天不用冷卻塔，冬天不用鍋爐房，不燃煤、不燃油、不燃氣，夏季能供冷，冬季能供熱。

2 地源熱泵工作原理及特點

2．1 地源熱泵工作原理

地源熱泵是充分利用水與地下能源(如地表水、地下水或土壤等)進行冷熱能量的交換，作為地源熱泵的冷源和熱源。具有高效節能、經濟環保、安全可靠、可自動運行等優點。

2．2 地源熱泵的特點

地源熱泵系統把不可直接利用的熱能(如空氣、水、土壤、太陽能、工業廢熱、污水等)轉化為可直接利用的熱能，既節能又環保還節約了成本，同時還可根據室外溫度合理調節供熱與制冷的溫度，工作性能穩定、操作維護簡便。

3 地源熱泵系統在中鐵十二局集團一號樓、二號樓的應用

3．1 建筑概況

中鐵十二局集團一、二號樓住宅樓建筑總面積40 000 m2，建筑高度103．3 m，地上33層，地下1層，是集住宅、商鋪為一體的綜合性建筑。

3．2 地源熱泵系統的工作原理及特點

中鐵十二局集團地源熱泵系統為地埋式地源熱泵系統，整個系統由地下埋管換熱系統、地源側循環泵WCFXHP系列熱泵機組、低區循環系統、高區循環系統、用戶室內末端組成。地源熱泵工作流程圖見圖1。

3．2．1 地源熱泵供熱工作原理

1)地下埋管換熱器循環系統。

地下埋管換熱系統中的循環介質吸收大地的熱量后，通過地源端分水器，經地源循環泵加壓后，進入WCFXHP系列熱泵機組，與機組的蒸發器進行熱量交換后流出熱泵機組，經地源端集水器后返回。周而復始，從而達到熱泵機組從大地中取熱的目的。

2)高低區循環系統。

根據樓層的高低及供熱的壓力不同，分為低區循環系統(1層～17層)和高區循環系統(18層～33層)，低區和高區循環系統通過板換相連進行熱交換。低區系統水進入熱泵主機，提溫達到機組設定溫度，經系統循環泵加壓，一部分進入分水器中，再由分水器送入用戶端(1層～17層)，經用戶端后再由集水器返回熱泵機組。另一部則由分水器流入板換器與高區循環系統形成熱交換，從而使高區循環系統達到設定溫度，經高區系統循環泵加壓，再由高區的分水器送入高區用戶端(18層～33層)，經高區集水器返回。

圖1 中鐵十二局集團地源熱泵工作流程圖

3)室內末端循環系統。

采用地暖管進行供熱。三個系統周而復始的循環，從而實現將熱量轉移到建筑物中。

3．2．2 地源熱泵制冷工作原理

制冷工作時，地下埋管系統與WCFXHP系列熱泵機組的冷凝器相連，冷媒介質吸取室內熱量，系統水經機組冷卻后，通過高低區循環系統送入用戶，最后通過用戶端空調風機實現供冷。

3．2．3 熱泵機組原理及特點

1)機組的組成。

WCFXHP系列是采用立式全封閉螺桿壓縮機的水(地)源熱泵機組，其主要部件有:立式全封閉螺桿壓縮機，滿液式蒸發器，殼管冷凝器，板式換熱器，供液球閥+馬達，熱力膨脹閥，液位傳感器。熱泵主機結構圖見圖2。

2)主要器件及系統的工作原理。

a．壓縮機。壓縮機由安裝固定機殼內的一對立式陰螺桿轉子組成，機殼上有吸氣口和排氣口，一對轉子做純旋轉運動，壓縮機運動平穩，吸氣和排氣過程同時進行，排氣氣流均勻持續無脈動。壓縮機機殼內安裝有特種高溫型電機，電機靠壓縮機排出的制冷劑冷卻，最終將熱量通過冷卻水帶走。

b．制冷劑系統。壓縮機通過排氣截止閥把高溫、高壓的氣體排到冷凝器，在冷凝器中，制冷劑氣體在管外凝結，把熱傳遞給管內的冷卻水。液態的制冷劑把其積聚到冷凝器的底部，然后排出，排出的液體一部分經過截止閥，電磁閥和熱力膨脹閥進入板式換熱器換熱，用來冷卻另一部分直接進入板式換熱器的液體，吸熱蒸發的制冷劑氣體回到壓縮機補氣口，主供液管路液體被冷卻后經過供液球閥節流后進入蒸發器。蒸發器液位由液位傳感器測量，并由調制馬達通過控制球閥開度來調節。液態制冷劑在蒸發器中沸騰，冷卻在蒸發器管束中流過的水。被蒸發的制冷劑氣體流向吸氣管，通過吸氣截止閥，吸氣止回閥門吸氣過濾器進入壓縮機。在壓縮機內，氣體被壓縮，并開始重新循環。

圖2 熱泵主機結構圖

c．油路系統。油回收系統分高壓油回收系統和低壓油回收系統。高壓油回收系統包括油分和回油管路，外置油分將大部分壓縮機排氣夾帶的油分離出來，從油分底部的回油管路回到壓縮機吸氣管，被壓縮機抽回。低壓系統包括引射泵和回油管路，油分沒有分離出來的少量油被帶入蒸發器，通過蒸發器上的回油口，經引射器的動力將富油制冷劑從蒸發器回油孔引出，再經過回油閥、干燥過濾器、止回閥、視液鏡送到吸氣管路上，從而進入壓縮機。

d．液體噴射循環系統。從冷凝器出液板換前分出一路經角閥、電磁閥、干燥過濾器、視液鏡單向閥和角閥進入壓縮機液體噴射口，經過節流膨脹，產生低溫的制冷劑氣體與壓縮機轉子中的制冷劑混合，從而降低排氣溫度，保證壓縮機在惡劣的工作情況下正常運行。

e．機組容量控制系統。每臺壓縮機都有一個液壓容量控制系統，它控制滑閥位置，從而調節壓縮機負荷大小，它由一個常閉加載電磁閥(A)、一個常開卸載電磁閥(B)和一個內部壓力調節閥組成。壓縮機正常運行時，閥A及B通電(A開、B閉)高壓油直接控制導引滑閥。作用在滑閥活塞表面的壓力產生的推力足以克服反向的彈簧力，推動滑閥向加載方向移動，當給壓縮機“保持”命令時，閥A斷電(閉合)，滑閥的運動停止。在保持狀態下，調節滑閥的內在壓力允許油從滑閥室泄出。若滑閥B斷電(打開)，作用在滑閥上的高壓油會排到吸氣口，滑閥室的壓力降低。此時，滑閥彈簧就會恢復到最小容量位置。滑閥運動全過程的合適時間大約為(40±10)s。機組容量控制系統示意圖見圖3。

圖3 機組容量控制系統示意圖

3．3 系統維護

按規定的程序執行開機和停機順序，記錄并分析機組運行參數，注意冷凍、冷卻水過濾器前后壓降，壓降過大需要清洗過濾器。

定期將機組停機，斷開主斷電器，檢查控制柜及電器設備有無松動的導線、燒毀的觸頭、燒壞的導線。定期檢查冷凝器管程的結垢程度，若發現結垢嚴重，清洗管路。

在每年冬季、夏季使用前都要對供冷制熱管路及過濾器進行清洗以保證系統的正常運行。

3．4 地源熱泵技術運用情況及發展

中鐵十二局集團小區冬季供熱尚未并入太原集中供熱網，為單位自主供熱模式。原有的供熱系統已不能滿足一、二號樓新增的40 000 m2供熱需求，若繼續采用傳統的供熱方式，必須將原有的鍋爐拆除，進行改建擴容，這樣既不經濟也不環保。

采用地源熱泵技術對一、二號樓進行單獨供熱后，傳統的供熱模式和地源熱泵技術得以共存，這樣既節約了成本，又滿足了用戶的需求。地源熱泵從2012年10月30日至今運轉良好，冬季室內溫度達到20℃～24℃之間。夏季室內溫度達到18℃～25℃之間，滿足了用戶的需求。

通過地源熱泵技術在一、二號樓的成功運用，也為此項技術在中鐵十二局集團范圍內的廣泛使用奠定了堅實的基礎。

4 結語

地源熱泵技術作為一項新型高效清潔環保節能技術，雖然是首次在中鐵十二局集團公司范圍內使用，但經過一年的成功運行，充分體現了它的節能、環保的優點。沒有了傳統采暖煤塵的污染，采用智能化操作，降低了勞動強度，節約了成本，是一項非常值得大力推廣的新型技術。

［1］GB 50366-2005，地源熱泵系統工程技術規范［S］．

［2］馬最良，呂 悅．地源熱泵系統設計與應用［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［3］中鐵十二局集團地源熱泵工程資料［Z］．

［4］渠建綱，盧 竟，朱 淵．某火車站地源熱泵系統施工管理要點［J］．山西建筑，2012，38(1):142-143．