地源热泵空调技术在苏州纽威项目中的应用

地源热泵空调技术在苏州纽威项目中的应用

崔海波 张长华 李春香 朱良政
(上海建冶科技工程股份有限公司， 上海 201108)

摘要：结合工程实例,介绍了土壤源热泵系统的设计方法、相应流程及本工程的技术工艺特点和实际运行效果，并展望了地源热泵技术的发展前景。
关键词:土壤源热泵，工程实例，设计，流程图

Applicaition of Ground-source Heat Pumpin Suzhou Niuwei Project

       Cui Hai-bo  Zhang Chang-hua  Li Chun-xiang  Zhu Liang-zheng
   （Shanghai Jian Ye Technology Engineering Limited Company, Shanghai 201108, China）

Abstract: Combined with an engineering example’s technical characteristic and operating effect, this paper introduces the design method and flow chart of ground-source heat pump system. The prospects of the GSHP technology are forcasted.
Key words: ground-source heat pump(GSHP), engineering example, design, flow chart

1  地源热泵技术原理：

    热泵技术是在高位能的拖动下，使热量从低位热源流向高位热源的技术。它可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水、太阳能、工业废热中的热等)转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等蕴含的能量)的目的。
    在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管中循环空气所携带的热量吸收至冷媒

 
图1 地源热泵系统的工作原理

   中，在冷媒循环至冷凝器内冷凝时，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，并最终转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，系统通过风机盘管，以冷风的形式为房间供冷。在制热状态下（以小型机组为例），地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管将冷媒所携带的热量以热风的形式向室内供暖。

 
2  地源热泵空调系统的特点

1）高效节能，运行费用低,地源热泵机组采用温度恒定的地下土壤或水源作为能源，能效比Cop在4.5~6.0之间，比空气源热泵高出40%左右，运行费用比常规中央空调系统低30%~40%。
2）运行安全稳定，可靠性高,无燃烧设备，无爆炸隐患，使用安全。如使用燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对环境污染极重，影响人们的生命健康。地源热泵夏季不会向大气中排除废热，减小城市的“热岛”效应；冬季不受外界气候影响，运行稳定可靠，不存在空气源热泵除霜和供热不足的问题。
3）空调主机一机多用，便于布置，使用范围广泛,空调主机体积小，户式机组可安装在储藏室等辅助空间，不需要较高的入户电容量。可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加水冷机组2套系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅。
4）自动运行
    地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长，均在20年以上。

表1 地源热泵与常规空调技术特点比较(1万平方建筑，负荷为100瓦/平方)

 地源热泵与常规空调技术相比，有着明显的环保、节能、安全等优势[7-8]。

3  地源热泵空调技术在苏州纽威机械有限公司新建厂房工程中的实践应用

3. 1  工程概况
    苏州纽威机械有限公司位于苏州高新区内，新建厂区占地面积约250000m2，该公司是专业生产精密机床、高档法兰与阀门等的大型企业。本工程为苏州纽威机械有限公司一期，包括新建工程1#厂房及其配套工程，分厂区和办公两部分，其中办公楼为三层，建筑高度为13米，建筑面积3540平方米；综合楼为三层,高度12.9m，建筑面积为4000 m²；厂房为单层高度15米，建筑面积38660平方米。项目总建筑面积达46000 m²，如此大面积的建筑几乎全部使用地源热泵空调技术，在国内属比较重大且具典型意义的项目。
    该工程于2009年6月底竣工，采用土壤源热泵作为供冷、供热源，为综合楼，1#厂房、精密车间及办公区域的供热、供冷。本项目采用两组离心式地源热泵机组，辅助增加一组离心式水冷机组。
3. 2  建筑物的冷热负荷及其GSHP系统设计
①　基础参数
夏季空调室外计算干球温度34.1℃，湿球温度28.2℃，通风计算温度32℃。冬季空调室外计算干球温度-4℃，相对湿度75%，通风计算温度3℃。夏季空调供回水温度为7～12℃，冬季空调供回水温度45～40℃。

表2 室外空气计算参数表

表3室内空气设计参数表

②　设计负荷
各建筑物的设计负荷及同时负荷系数见表3。

表4　各建筑物的设计负荷及同时负荷系数

③ 埋管系统
    埋管换热器的选型结合现场条件,在满足运行要求的前提下,选取经济的形式和结构。埋管形式可分为水平式和竖直式,水平埋管换热器虽然造价低,但占地面积较大,传热性能低于竖直埋管换热器。由于该工程场地面积有限,确定采用竖直埋管形式。目前应用最多的是U 型管, U型管施工简单,传热性能较好,承压高,管道接头少,在正常施工的前提下不易泄漏,因此选用U型管。
地下埋管方案：
1．采用垂直埋管方式；2．垂直埋管总长度约196×1020 m；　3．埋深100 m；4．孔径大于130 mm；5．打孔数1020个；6.空间距不小于4 m；7．分集水器10个，分分水器10个，总集水器1个，总分水器1个；8．每孔有两根PE管，底部用U型管接头连接。
④地上系统主要设备
主要设备为地源热泵空调机组、水冷空调机组、风机及风机盘管、新风盘管空调箱、空气处理机组、异程式空调水系统、通风排烟系统等[1-6]。

表5 动力中心主要设备表

3.4  热泵空调系统的工艺流程图

3.4.1  地源热泵机组地源侧的水流程图

 图2 地源热泵机组地源侧的水流程图

说明：地埋管系统的水循环：水泵——GSHP机组——分水器——地埋管——集水器——水泵——GSHP机组，连续循环（夏天将冷冻机的热量带入地下，冬天将地下的热量带入冷冻机）。

3.4.2  地源热泵用户侧冷冻水流程图

 图3 地源热泵用户侧冷冻水流程图

说明：冷冻水通过水泵将水夏天制冷冬天制热送入空调区域。
3.4.3  冷却塔设备流程图

 图4 地源热泵用户侧冷冻水流程图

说明：通过循环冷却水把GSHP机组内的热量带入冷却塔内散热。
3.4.4  动力中心机房流程图

图5 动力中心机房流程图

3.5  地源热泵空调系统建成调试后实际运行情况
该新建厂房的暖通系统，自6月底竣工以来系统运行效果良好，实际供冷效果优于设计要求。土壤源热泵机组的地源进水温度非常稳定，基本在23—25℃,制冷机运行效率大大提高，精密车间制冷效果与温度稳定性极佳，初步估算本系统的节能效果达到35%—40%以上水平。

表6 地源热泵系统部分运行数据表（2009年7月上中旬检测）

5  地源热泵技术的发展前景

    最近20年地源热泵在欧美等工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的40%，是美国政府极力推广的节能、环保技术。
　　在我国由于能源价格的特殊性、人们对节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响，几年前地源热泵空调技术应用和发展还比较缓慢，人们对之尚不十分了解。近年来随着能源危机与环境危机的不断加剧，政府对节能环保领域的关注与支持力度不断提升，人居民对环保节能意识也不断提高，地源热泵技术开始越来越引起人们的重视。近年来，地源热泵空调技术在国内新建大型公共建筑尤其是火车客运站、游泳馆等项目中，已经得到日益广泛的应用，在发达地区高端公寓别墅等住宅工程中的应用超过5%。地源热泵技术在当前经济与环境危机背景下，已经成为政府大力支持与发展的新能源战略的一部分，快将入高速发展时期。

注：本文为《地源热泵》杂志专稿内容，转载请注明“中国地源热泵网”。