地源熱泵中央空調系統

張宏研

摘 要：地源熱泵式中央空調系統是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的高效節能環保型空調系統，它的核心部件是YS系列地源（熱泵）機組。地源熱泵通過輸入少量的高品位能（電能），即可實現能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內用于采暖；在夏季，把室內的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

關鍵詞：地源熱泵式中央空調；地源（熱泵）機組；螺桿制冷壓縮機

0 引言

由于我國政府的節能新政策陸續出臺，為地源熱泵的發展創造了良好的市場環境，中國的大多數地區的地質條件也適合發展地源熱泵，預計未來幾年將進入快速發展期。中國每年城鄉新房建設房屋面積近20億m2，其中80%以上是高能耗建筑，現有建筑近400億m2，95%以上是高能耗建筑。以每年2億m2使用地源熱泵計算，則市場份額可達600億元左右。

本項目開發的新產品符合國家行業發展的產業政策和環保要求，產品市場前景非常樂觀。

1 YS系列地源（熱泵）機組的總體技術方案研究

收集國內外相關資料，進行分析研究，根據我國的實際情況確定實施方案，對研究的內容進行深入的理論分析，通過試驗，優化關鍵技術參數，解決結垢與功能配置的技術難題，完成部件與整機的開發，進行整機性能試驗與可靠性考核。

1.1 YS-320型地源（熱泵）機組的設計方案

1.1.1 總體方案的研究

YS-320型地源（熱泵）機組采用螺桿制冷壓縮機、高效冷凝器與蒸發器、電子膨脹閥及全自動智能控制系統，機組具有結構緊湊、外形美觀、操作方便及遠程操作等特點。螺桿制冷壓縮機設計結構緊湊，運動部件少，配備無級能量調節滑閥裝置；該壓縮機具有極高的可靠性及穩定性、噪音低、氣體壓縮效率高等特點。高效冷凝器與蒸發器采用外肋及內肋高效換熱銅管，具有換熱效率高、換熱溫差小等特點，有效地提高機組的能效比，減小了機組的外形尺寸。電子膨脹閥供液控制精準，將蒸發器過熱度控制在2℃以內，有效地利用了蒸發器的換熱面積，提高機組的效率。全自動智能控制系統，機組可實現無人值守，自動處于經濟運行狀態；可實現故障報警自動校正、自動記錄等功能。

1.1.2 工作原理

YS-320型冷水（熱泵）機組是通過4個過程來完成的。即：節流過程——蒸發過程——壓縮過程——冷凝過程。簡單地說八個字，即節流、蒸發、壓縮、冷凝。

節流，通過節流裝置，即節流閥（也稱調節閥或膨脹閥）。制冷劑的高壓液體經過閥的狹窄通道使其流量和壓力得到節流變小而成為低壓液體進入蒸發器，此時制冷劑的流量和壓力雖然變了，但制冷劑的液體形態基本沒變。

蒸發，通過熱交換裝置，即蒸發器。低壓液體在其中與外界的熱量進行熱交換（即傳熱，實際為吸熱）而產生沸騰（汽化）現象。從而使外界物體的溫度不斷得到降低。沸騰（汽化）后產生低壓制冷劑蒸氣，從而改變了制冷劑的形態，由低壓液體改變成低壓氣體，但壓力未改變。

壓縮，通過制冷壓縮機。低壓低溫制冷劑蒸氣被壓縮機吸入，經過氣缸壓縮，成為高壓高溫氣體排出壓縮機。在這其間只改變了蒸氣的壓力，但氣體的形態未改變。

冷凝，通過熱交換裝置，即冷凝器（也稱散熱器）。高壓高溫制冷劑蒸氣在其中將熱量傳遞給外界（實際為放熱）而冷凝（冷卻）而液化，從而又改變了制冷劑的形態，由高壓蒸氣改變成高壓液體，但壓力未改變。

整個制冷過程就是通過這4個裝置形成一個循環系統，如此反復循環，從而使冷凝器中不斷產生熱水，而蒸發器中不斷產生冷水。

1.2 整機參數的確定及設計計算

制冷工況：制冷量：320kW

冷媒水進水溫度：12℃

冷媒水出水溫度：7℃

冷卻水進水溫度：30℃

冷卻水出水溫度：35℃

制熱工況：制熱量：358.9kW

冷媒水進水溫度：15℃

冷媒水出水溫度：8℃

冷卻水進水溫度：40℃

冷卻水出水溫度：45℃

1.3 蒸發器的設計計算

1.3.1 基本設計條件

制冷劑為R134a，蒸發溫度2℃，冷凝溫度40℃，供冷工況下冷卻水進水溫度30℃，冷卻水出水溫度35℃，冷凍水進水溫度12℃，冷凍水出水溫度7℃，過熱度5℃，壓縮機效率0.8，8m3/min主機。

1.3.2 蒸發器的規劃

蒸發管選取φ15.88×0.8的銅管，長度為3m。選擇4流程。

所布銅管的面積：（284-4）×3.14×3×0.01588=41.89㎡

1.4 冷凝器的設計計算

1.4.1 冷凝器規劃

選擇φ15.88×1.1的銅管，管長3m，選用2流程，殼體內徑361mm。

所布管的面積（75×2-4）×0.193×3=84.534㎡

2 試驗研究

2.1 試驗目的

通過試驗，掌握該機的性能，為下一步產品改造提供設計依據。

2.2 試驗方法

依據標準：GB/T10870

主要試驗方法：液體載冷劑法

校核試驗方法：機組熱平衡法

2.3 實驗結果

YS-320型冷水（熱泵）機組各項指標均優于國家標準，機組運行穩定，具有全自動智能系統，可實現無人值守。故障報警可實現自動記錄、自動校正等。

3 結論

地源熱泵空調系統充分利用可再生能源，節約常規能源，具有可觀經濟效益，未來的市場將極其廣泛。

參考文獻

[1]黃淵，常征.地源熱泵中央空調系統在建筑中的應用與安裝[J].中小企業管理與科技旬刊，2010，（16）：249-250.

[2]佚名.地源熱泵中央空調系統[J].新疆交通科技，2015，（1）：93.

（作者單位：金豪新能源科技（大連）有限公司）