淺談地源熱泵空調系統

趙紅娟

河北筑美工程設計有限公司（061001）

淺談地源熱泵空調系統

趙紅娟

河北筑美工程設計有限公司（061001）

1 集中供熱熱源形式的演變

集中供熱作為城市建筑采暖的基本原則，到目前為止已發展到相當高的水平，其中熱電聯產被認為是能源利用最有效的形式。但是，近年來由于技術經濟的飛速發展，集中供熱有了較大的改變。一方面，以鍋爐房和熱電站為中心的集中供熱大力發展，另一方面，空調產品大量進入家庭，使得城鄉居民的用電負荷急劇上升，特別是在夏季的用電高峰期，各城市均對民用供電系統進行了徹底改造。同時，也興建了大批電站工程，以滿足城市供電增長的需求，但是用電高峰過后，電站就被閑置，造成極大的投資浪費。冬季供暖和夏季空調都要消耗能源，而冬季供暖期和夏季空調供電期兩個高峰期的持續時間均不長，造成民用熱網和電網兩個系統的利用率都不高。隨著經濟的發展，人民生活水平的提高，采暖與空調會越來越普及，冬季供暖和夏季空調會越來越普及，冬夏兩個用能的高峰值對每個城市來說都會增大，兩套系統的效率會進一步降低，行業綜合效益進一步下降。

若冬季采暖和夏季空調用同一種能源—電，則情況會大大改變。如果采用冷暖空調，冬季采暖期按120 d計，夏季空調期按60 d計，則每年空調器使用時間為180 d，即3 320 h，那么，為滿足空調電負荷而設的調峰電站的年運行時間將從60 d/年增加到180 d/年。新建的城市小區采用冷暖空調來達到冬季采暖夏季調溫的目的，可大大減少鍋爐房、熱電站的重復建設，充分利用已建大型電站的能力，節約運行費及維修管理工作量。

一般來講，純發電的電站熱效率較低，大型電站為35%左右，小型電站的熱效率不到30%，考慮電網的損失，到用戶的熱效率也只有30%左右。因此，如果用電能直接轉化為熱能來采暖，像電熱絲、油浴加熱器、紅外取暖器等,其綜合效率將小于30%，從節能角度來說是不合理的，經濟上是不可行的。采用熱泵技術采暖，其效果就完全不一樣。冷暖空調是利用熱泵的原理，將室外的低溫熱量，通過電力做功，把室外的熱量輸送到室內，達到采暖的目的。通過熱泵技術從室外環境中吸收熱量采暖的能效比一般為3.4～3.7，也就是說，消耗1 kW的電力，可以從室外獲得2.4～2.7 kW的熱量，可以把3.4～3.7 kW的熱量送到室內。

2 什么是地源熱泵

地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即:在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量“取”出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1 kW的能量，用戶可以得到4 kW以上的熱量或冷量。

與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%～90%的燃料內能轉化為有效的熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省1/2以上的能量。地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50%～60%。從資料上看到:近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調系統在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍。可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。

圖1 地源熱泵工作原理及特點

地源熱泵供暖空調系統主要分三部分:室外地能換熱系統、水源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。其中水源熱泵機主要有兩種形式:水-水式或水-空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞,水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質是水或空氣。

3 地源熱泵同空氣源熱泵相比的優點

1）冷（熱）源全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數要高于空氣源熱泵，一般可高出40%，從而節能和節省費用40%左右。

2）冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。

3）地源有較好的蓄能作用。

4 地源熱泵有如下特點

1）地源熱泵屬于可再生能源利用技術。它是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400 m深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔可再生能源的一種形式。

2）地源熱泵屬于經濟有效的節能技術。地能或地表淺層熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季它比環境空氣溫度高，夏季它比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高，因此既節能又節省運行費用。

3）環境效益顯著。地源熱泵的污染物排放與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結合其他節能措施節能減排會更明顯。

4）一機多用，應用范圍廣。地源熱泵系統可供暖、制冷，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐和空調兩套裝置或系統；可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖。