地源热泵系统用于中央空调的优势及节能环保性分析
何科奇
（天津市葛龙湾城镇建设投资有限公司）
摘 要：随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断出现，地源热泵中央空调在现代建筑中扮演起越来越重要的角色。人们对地源热泵空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。本文介绍了地源热泵系统构成与原理，并在投资回报、运行性能、设备管理、使用期限等方面与其他中央空调形式进行对比分析，充分论述了地源热泵工程应用在节能、环保上的综合优势。
近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统已进入我国，通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可和推崇，成为我国中央空调冷热源发展的新趋势，充分体现节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。我国将加快建设以低碳为特征的建筑体系，因而地源热泵工程将会发挥更大的作用。
1 地源热泵系统组成及运行原理
1.1地源热泵系统组成
地源热泵空调系统由以后部分组成：地下换热器、地源热泵机组、循环水泵、水管环路、水系统控制箱、空调末端设备和室内温控器等。热泵机房内装有地源热泵机组、水泵、定压补水装置及加药设备等。空调末端则由新风机组、风机盘管、送回风口及安全控制器等所组成。
1.2 地源热泵运行原理
在冬季，地埋管地源热泵系统通过埋在地下的由封闭管道构成的地下换热器，从大地收集自然界的低温热量，而后由环路中的循环水把热量带入地源热泵机组提升水温，通过末端设备将热量送入室内。在夏季，地源热泵系统将室内热量排入环路并为大地所吸收，房屋得到冷量。
2 地源热泵特点
（1）地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和江河湖泊及海水、污水中的低位热能，循环再生，实现对建筑物的供暖和供冷。
（2）地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气锅炉效率提高48%。系统配置较好的热泵机组的制冷系数（COP）可达到5.0以上，即输入1千瓦电能，有5千瓦冷量输出，运行费用较低。
（3）地源热泵系统运动部件要比常规空调系统少，因而减少了维护量。机组一般均采用标准部件，便于维修。需要经常清理末端设备的空气过滤网和凝结水盘。
（4）地源热泵系统在运行中无需燃烧燃料，因此不会产生有毒气体和污染物，也不会发生爆炸。地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放。据美国地热协会提供的报告，仅美国肯塔基州路易斯维尔市总建筑面积15.8万平方米的高特.豪斯饭店地源热泵系统，每年可减排CO2849吨；SO219.97吨；NOX14.98吨；微尘2.49吨。2010年世界“达沃斯论坛主会场————新建9.8万m2的天津梅江会展中心”地源热泵工程的污染物排放，比常规空调供热减少了70%。
（5）该系统可广泛应用于办公楼、宾馆、学校、公寓、医院、饭店、商场、别墅等场所。在处理好冬夏热量平衡问题的基础上，即使是严寒地区或热带地区也可应用。
3 地源热泵用于中央空调的综合优势
3 地源热泵用于中央空调的综合优势
3.1 一机多用
地源热泵可完全代替冷水机组+锅炉两种设备，解决了供暖、制冷设备分设给用户带来的不便，同时其热回收功能可高效提供大量高品质的生活热水。
3.2 节省空间，稳定运行工况
地源热泵系统因为没有常规冷水机组配套的冷却塔，没有锅炉房和其他室外地面设备，因而无需宝贵的地面面积，可产生附加经济效益，并改善环境外部形象。地埋管置于室外地下，既美观，又不占用室内空间。室内系统与其他系统相同。此外，机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无风冷热泵冬季运行的结霜除霜之虑。也无燃煤、燃油锅炉储煤、储油等既不卫生又不安全的问题。
3.3 使用寿命长
一般来说，常规空调设计寿命10-15年，燃气锅炉为8-10年；而设计、施工合理的地源热泵系统运行工况稳定，其地下换热器寿命可达50年以上。
3.4 控制简单
根据用户要求，可降低控制成本。有利于可采用全系统可编程智能化远程中央计算机控制，具有随人流变化而自动调整地源热泵供冷或供暖处理，实现节能最大化，运行费用最小化。还可设置显示和打印设备，可存储、分析各种采暖、制冷、维修等经济及技术数据，促进系统运行最优化。
3.5 低维护费
地源热泵系统，操控人员专业门槛低。地源热泵系统不设冷却塔、屋顶风机，压缩机工作稳定，较少出现传统设备中制冷剂压力过高或过低的现象，维护费用大大低于传统空调；一套设备可实现供冷、制热和生活热水三种功能，因而减少了对多种供冷、供暖设备的维护量。
4 地源热泵与其他空调方案性能比较
现将地埋管地源热泵与VRF空调系统、冷水机组+燃油锅炉以及溴化锂冷热水机组中央空调形式进行分析比较如下：
4.1 初投资与运行费用比较
（1）初投资
地源热泵：初投资略高；
VRF空调系统（变制冷剂流量多联分体式空调系统）：初投资高；
冷水机组+燃油锅炉：初投资相对较少；
溴化锂冷热水机组：初投资颇高。
（2）运行费用
地源热泵：可比一般暖通空调节约40%-60%。
以天津为例：市政热网冬季采暖费为市民25元/m2，工商用户36元/ m2（2011年价格）。夏季空调费约为50元/ m2。全年费用为市民75元/ m2(工商户为86元/ m2)。而地源热泵冬季供暖费13元/ m2，夏季空调费12元/ m2,全年费用为25元/ m2。以电价0.6元/kwh计算，一般采暖空调用电45kwh/ m2,而地源热泵用电仅为15kwh/ m2。
（3）节能效果
VRF空调系统：通过在不同负荷下调节室外机的输入功率及制冷剂流量来达到节能效果；
冷水机组+燃油锅炉：需要制冷机组和锅炉两套设备机组，维护需要专业人员；
溴化锂冷热水机组：用电量小，使用热能驱动，耗能比常规空调大30——40%，节电不节能。
4.2 设备结构与维护管理比较
（1）设备结构
地源热泵：一机三用，一台机组就可以实现供冷、供热和供生活热水，设备结构相对简单；
VRF空调系统：一套系统可实现供冷和供热，但生活热水系统则需另配；
冷水机+燃油锅炉：需要供冷和供热两套设备，结构复杂；
溴化锂冷热水机组：可一机三用，但结构较复杂。
（2）维护管理
地源热泵：系统采用自控系统，系统简单，维护费用低；
VRF空调系统：随着管道的加长，对管材材质、制造工艺、现场焊接等的要求也提高，渗漏的可能性增大；
冷水机组+燃油锅炉：锅炉房需设置安全装置，需请压力容器检测站每年进行检测，否则不准使用；冷却塔需定期清洗，维护费用高；
溴化锂冷热水机组：水泵和冷却塔耗能大，机组需常年保持较高的真空度，冷量衰减快，维护费用高。
4.3 机房占地、使用寿命及其他方面的比较
（1）机房占地
地源热泵：当使用水—水机组时，所需机房面积较小；使用水—空气分散式系统仅需要循环泵房；
VRF空调系统：室外机可采用壁挂或立式放置，不需要机房，但影响建筑外观；
冷水机组+燃油锅炉：需要冷冻站和锅炉房；且冷却塔和储油设备也需要占用面积；
溴化锂冷热水机组：设备及机房的占地面积较大。
（2）使用寿命
地源热泵：寿命最长，设计施工良好的地埋管部分可达38000小时及以上，地面以上设备寿命约21000小时；
VRF空调系统：一般为25000小时左右；
冷水机组+燃油锅炉：平均使用寿命约为21000小时；
溴化锂冷热水机组：平均使用寿命约为21000小时。
（3）使用范围比较
地源热泵：地埋管系统需一定的地下面积，或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源，；
VRF空调系统：适用于对室外美观要求不高的建筑物；
冷水机组+燃油锅炉：比较适合于对环保要求不高的地区；
溴化锂冷热水机组：适用于煤、油（气）资源极为丰富的地区，或可以利用热电厂或其他废热的地区。
（4）其他方面的比较
地源热泵：没有室外机，不影响建筑物美观，无环境污染，需要建筑物周围有一定的空地或可以利用的湖泊、池塘、河流等水源；
VRF空调系统：主机安装高度有限制。机组不宜设置过密，否则通风不畅；室外机影响建筑物外部美观；
冷水机组+燃油锅炉：适应性强，但污染环境，运行维护复杂，锅炉房需要设置自动安全报警装置，启动时对电网的冲击大；
溴化锂冷热水机组：节电不节能，需蒸汽等大量余热、燃油（气），会造成空气污染。
总而言之，地源热泵空调作为一种新型的中央空调形式，可节省建筑空间，提高投资效用，操作及维护相对便捷，使用期限相对延长，废弃排放量相对较低，在节能、环保上享有相当大的优势。在经济效益与社会效益并举的今天，地源热泵空调系统必将进一步获得重视，得到越来越广泛的开发和应用。
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