淺談地源熱泵系統(tǒng)

王彪

摘 要：地源熱泵是一種利用地下土體來儲(chǔ)藏能量，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷空調(diào)系統(tǒng)，是利用清潔可再生能源的一種技術(shù)。地源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)使用電能，以水作為傳熱介質(zhì)，不使用燃料，投入1KW的電能可以得到4KW以上的熱量或5KW以上冷量，環(huán)保高效節(jié)能。地源熱泵系統(tǒng)不僅可供熱供冷，還可提供生活熱水，一機(jī)多用，取代傳統(tǒng)的單功能的設(shè)備，減少使用成本及設(shè)備數(shù)量，增加系統(tǒng)的可靠性。采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，使用壽命長，維護(hù)費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：地源熱泵 高效 可再生 節(jié)能 經(jīng)濟(jì)

1、建筑物采暖供冷系統(tǒng)使用現(xiàn)狀：

隨著我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文明的發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)有了更高的要求。民用建筑中的采暖供冷系統(tǒng)是其中的一個(gè)重要方面。目前我國主要采用空調(diào)系統(tǒng)、燃煤燃?xì)忮仩t等采暖供冷方式。

2、現(xiàn)階段使用的采暖供冷方法的弊端：

現(xiàn)階段我國的采暖供冷方式存在很多問題，如較大的能耗，供能不均及嚴(yán)重的大氣污染等，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）集中系統(tǒng)計(jì)價(jià)不合理而且無法調(diào)節(jié)。一般情況下計(jì)價(jià)時(shí)都是按照面積收費(fèi)的，不能充分調(diào)動(dòng)民眾的節(jié)能積極性，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。（2）傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供暖造成了嚴(yán)重的大氣污染，不符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)環(huán)保的要求。（3）空調(diào)供暖或供冷是普通建筑最常用的方式，但是耗電量較大，在用電高峰期會(huì)出現(xiàn)用電緊張，我國目前的發(fā)電企業(yè)也多為火電發(fā)電，發(fā)電過程中也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。

3、采用地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

針對(duì)城市用地緊張的情況，采用地源熱泵系統(tǒng)，占地面積小（僅機(jī)房在地下室，其余部分均埋地），有利于節(jié)省空間。其COP值達(dá)到4以上，輸入1KW能量可以得到4KW以上冷熱量，充分利用大地儲(chǔ)能，高效節(jié)能。環(huán)境效益好，無污染，無廢棄物，滿足人們?nèi)找嫣岣叩沫h(huán)境要求。可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，不僅可以供暖制冷，也可以向用戶提供生活熱水。運(yùn)行維護(hù)成本低，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制，減少人工成本，系統(tǒng)傳動(dòng)部件少，維護(hù)量低。

4、地源熱泵系統(tǒng)：

材料、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)：所有材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)均應(yīng)由相關(guān)單位進(jìn)行驗(yàn)收，管材的使用壽命在額定工作壓力下不低于50年，儀器儀表的量程和精度滿足設(shè)計(jì)及施工要求。施工單位必須投入足夠的施工設(shè)備及人員，保證施工進(jìn)度不影響地基基礎(chǔ)施工。施工設(shè)備

系統(tǒng)設(shè)計(jì)：系統(tǒng)所加介質(zhì)為水或加防凍液的水，在機(jī)房設(shè)置過濾裝置。根據(jù)巖土熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)、建設(shè)用地規(guī)劃、建筑圖紙、綜合管網(wǎng)圖等資料進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行高低分區(qū)設(shè)置，保證系統(tǒng)末端處在安全的壓力范圍，同時(shí)合理確定不同分區(qū)設(shè)備、管道及附件的安全工作壓力，管道及閥件承壓等級(jí)需≥1.6MPa。高區(qū)低區(qū)采用板換隔離，板換布置于機(jī)房內(nèi)，避免水壓串壓，末端系統(tǒng)設(shè)備、閥件及管道的承壓要求均需≥1.0MPa。

地埋管施工：根據(jù)本小區(qū)實(shí)際情況，地埋管采用并聯(lián)雙U外徑25mm的高密度聚乙烯管，鉆孔間距采用不低于4.5m，鉆孔直徑135mm，有效換熱深度90m。水平管采用外徑32mm的高密度聚乙烯管，埋管深度不小于1.5m（具體深度要綜合考慮）。集管總管采用250mm高密度聚乙烯管，加設(shè)波紋補(bǔ)償器。地埋管、水平管及集管施工前均需沖洗及試壓，采用熱熔連接方式。地埋管下管完畢后進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)并沖洗，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)實(shí)記錄存檔。實(shí)驗(yàn)完畢后采用管帽臨時(shí)封堵地埋管管口。大面積鉆井需有測(cè)溫井。回填采用黃沙等導(dǎo)熱性較好的材料密實(shí)回填。回填應(yīng)該隨著黃沙的沉降及時(shí)加填，直至填料不再沉降為止。施工完畢后需在已完管井處做明顯標(biāo)志。

運(yùn)行策略：地源熱泵機(jī)房附近設(shè)置配電房，機(jī)房主機(jī)采用10KV機(jī)組，采用變頻系統(tǒng)控制。冬季采用3臺(tái)地源熱泵機(jī)組為整個(gè)系統(tǒng)供暖，系統(tǒng)根據(jù)末端負(fù)荷大小系統(tǒng)自主調(diào)節(jié)開啟主機(jī)數(shù)量及對(duì)應(yīng)開啟水泵的臺(tái)數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷地埋側(cè)需要的換熱量，調(diào)整地埋側(cè)分區(qū)的管路關(guān)閉與開啟數(shù)量。夏季采用3臺(tái)地源熱泵機(jī)組及一臺(tái)單冷機(jī)組給系統(tǒng)進(jìn)行供冷，系統(tǒng)根據(jù)末端負(fù)荷的需求自主調(diào)節(jié)主機(jī)的開啟數(shù)量。同時(shí)，監(jiān)測(cè)地埋管運(yùn)行狀態(tài)及室外環(huán)境情況合理選擇開啟單冷機(jī)組或是熱泵機(jī)組，達(dá)到最優(yōu)能效比運(yùn)行。

降噪措施：因能源機(jī)房內(nèi)部有多臺(tái)噪聲能量級(jí)較大的設(shè)備，噪聲疊加后能量也極大，在保證噪聲治理效果的前提下減低成本，地面減震采用在設(shè)備下方安裝減振浮筑結(jié)構(gòu)，并在四周隔聲墻體下方安裝減振浮筑結(jié)構(gòu)。

供能系統(tǒng)：夏季制冷，末端采用不銹鋼材質(zhì)水力平衡分配器+直流無刷風(fēng)機(jī)盤管形式。水力平衡分配器與直流無刷風(fēng)機(jī)盤管之間采用De25保溫柔性一體管，保溫厚度為20mm。冬季采暖，地面輻射供暖系統(tǒng)，盤管材質(zhì)為耐熱阻氧聚乙烯管，設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓力為0.8MPa，實(shí)驗(yàn)壓力為1.2MPa。

末端控制：末端可實(shí)現(xiàn)一鍵開關(guān)機(jī)及溫度調(diào)整功能，采用預(yù)付費(fèi)超聲波熱量表計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，物業(yè)公司設(shè)有能源管理平臺(tái)和IC卡預(yù)充值設(shè)備系統(tǒng)。每戶設(shè)置預(yù)付費(fèi)超聲波能量表，每單元設(shè)置單元能量表，每棟設(shè)置棟能量表。每戶能量表作為每戶的能量收費(fèi)依據(jù)，單元表用來計(jì)量本單元的能量使用及損失情況，同時(shí)具有和本單元戶式表互相校正的功能，棟表用來計(jì)量本棟的能量使用及損失情況，同時(shí)具有和本棟單元表互相校正的功能。機(jī)房供水總管及地源側(cè)供水總管需設(shè)置能量表用來計(jì)量來計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的能量使用及損失情況，同時(shí)可監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)地源側(cè)吸排熱量來確定冷卻塔運(yùn)行的時(shí)長，實(shí)現(xiàn)地源側(cè)熱平衡。

施工需監(jiān)理等單位全過程監(jiān)督確認(rèn)。

5、采用地源熱泵系統(tǒng)不足：

（1）、一次性投資價(jià)格高。地源熱泵系統(tǒng)的投資額較中央空調(diào)等采暖制冷系統(tǒng)高40%以上。

（2）、系統(tǒng)復(fù)雜，安裝難度大，工藝要求較高。對(duì)設(shè)計(jì)、施工要求較高，需專業(yè)技術(shù)人員參與施工。前期打井工作量較大，特別是地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)。

（3）、受場(chǎng)地限制較大。井位的選擇必須考慮建筑的基礎(chǔ)，周圍環(huán)境，較大的換熱井占用面積。

（4）、地下管路損壞時(shí)維修困難。

6、小結(jié)：

地源熱泵作為一種新興的采暖制冷方式，較傳統(tǒng)的方式具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。更加節(jié)能的地源熱泵有著更廣闊的前景，在資源日益緊張的情況下，受到國家建設(shè)部的大力推薦。