《地源热泵大学堂》（连载三）

《地源热泵大学堂》（连载三）

马最良
哈尔滨工业大学市政环境工程学院教授

   （接上期）

    综合上述，热泵运行工况下土壤温度的变化是地埋管地源热泵空调系统设计中要关注的重要问题之一。设计中针对上述特征采取必要的技术措施（如：管群的最小间距、埋深、季节蓄能等）和合理的设计，以保证埋管管群长期可持续地从土壤中吸取热泵所需要的热量，从而保证地埋管热泵空调系统长期安全、可靠、稳定的运行。

1.2.3 驱动能源

　　　热泵的驱动能源主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、燃气等。电能、液体燃料、气体燃料虽然都是能源，但其价值不一样，电能通常是由其他初级能源转变而来的，在转换中必有损失。因此，对于有同样制热性能系数（大于1）的热泵，若所采用的驱动能源不同，则其节能意义及经济性均不同。为此提出用能源利用系数来评价热泵的节能效果。能源利用系数E定义为，供热量与消耗的初级能源之比。

　　　图1-11给出电能驱动热泵和带热回收的内燃机驱动热泵的能流图。

　　　显然，带热回收的内燃机驱动热泵比电能驱动热泵有更高的能源利用系数。从能量利用观点看，内燃机热泵优于电能驱动热泵。但是，上述比较提前是电站的燃料与内燃机的燃料是相同的，这种互换的情况实际上是少有的。此外，每1kJ柴油或汽油与煤的价格也不同，这两种热泵所采用的设备也不一样。因此，从经济观点看，内燃机驱动热泵不一定优于电能驱动的热泵。

这两种热泵的能源利用系数比燃煤锅炉房供热要高得多。一般小型燃煤锅炉房的供热系统，其能源系数为0.6，中型燃煤锅炉房供热系统的能源利用系数约为0.65~0.70。然而，上述电动热泵若与燃气（油）锅炉相比，是否能节省初级能源，这要取决于燃气（油）锅炉的能源利用系数的高低。目前，燃气锅炉能源利用系数为0.95的话，则上述电动热泵相对于燃气（油）锅炉是不节省初级能源的。在这种情况下，只有提高电动热泵制热的性能系数（如εh由3提高到3.2以上）或火力发电效率由η1η2=0.30提高到0.32以上，才能使上述电动热泵比燃气锅炉节能。

1.3 热泵空调系统中热用户的特殊问题

热泵空调系统中热用户即为常规空调系统的热用户，它是由管路系统与末端空调处理设备（装置）组成冷量或热量的分配系统，按各建筑物冷热负荷的大小，合理地将冷量或热量分配到各个房间或区域，以创造出舒适而健康的室内环境。但是，考虑到热泵空调系统宜为低温供暖，高温供冷，通过控制运行条件，提高热泵空调系统能效比。为此应做好热用户与其系统的匹配。例如，适用地中海气候条件的地源热泵系统全年供暖（供冷）能效比达5.0，其中技术措施之一就是在热泵工况，最小负荷时，热水供水温度为30℃，最大负荷时为40℃。在制冷工况，最大负荷时，冷冻水供水温度为10℃，最小冷负荷时为20℃。这样，就为热用户系统提出一个问题，什么样的末端装置与系统形式同热泵运行工况相匹配。

1 热用户用热的低温化

　　　众所周知，热泵空调系统向用户提供的热水温度愈低，其热泵机组的能效比愈高。因此，热用户用热的低温化对提高热泵机组的能效比十分有利。为说明此问题，先分别计算：当低温热源温度为10℃、5℃、0℃时，用户用热温度为65℃、55℃、45℃、40℃时，热泵机组COP理论值和实际值，其结果列入表1-2中。

　　　表1-2明确说明，在实际工程中，热用户必须选用低温的热分配系统，以便在尽可能低的供热水温度下，将热量送给热用户，这对提高热泵空调系统的能效比是十分有利的。

2 适用于低温水的热分配系统与设备

　　　目前，适用于低温水的热分配系统（又称热泵空调末端系统）主要有：低温辐射采暖系统（如辐射式顶板、毛细管席、地板或墙埋管作为辐射板的辐射采暖系统）和风机盘管空调系统（常规风机盘管系统和地板嵌入式对流散热器系统）。地板埋管作为辐射板的辐射采暖系统和传统风机盘管系统是地下水源热泵空调系统最常见的热分配系统。本小节不再介绍，仅介绍毛细管席辐射式空调末端系统和地板嵌入式对流散热器系统。

（1）毛细管辐射式空调末端系统

　　　毛细管辐射式空调末端系统是德国工程师根据仿生学原现在20世纪70年代发明的一种新型空调末端系统，其系统一般利用φ3.35mmx0.5mm导热塑料管作为毛细管，用φ20x2mm塑料管作为集管，通过热熔焊接组成不同规格尺寸的毛细管席。其主要特点有：

● 冬季毛细管内通低温度的热水（一般供水温度32℃）向房间辐射热量；夏季毛细管内通温度较高的冷水（通常供水温度为16℃），向室内辐射冷量。相对于传统空调系统有较高夏季供水温度和相对较低的冬季供水温度，可省能30%。

● 由于毛细管席换热面积大，传热速度快，因此传热效率较高。

● 与风机盘管系统相比，其系统首先是更安静的空调系统；其次没有凝水系统，不会发生排水不畅，造成滴水等现象；也不存在传统风机盘管滴水盘中滋生细菌，影响室内空气品质。

● 毛细管席占用建筑净空小，节省建筑空间。

● 毛细管席布置灵活，施工方便。

● 对水质要求较高。

　　　（2）地板嵌入式对流散热器空调系统

　　　地板嵌入式对流散热器的结构与传统的风机盘管空调器的结构基本相同,都是一种将风机和表面式换热盘管组装在一起的装置。但不同点是,地板嵌入式对流散热器隐蔽安装于架空地板中。冬季供暖时，冷空气沿窗下降，通过进气口过滤器进入，经贯流风机使空气横向冲刷对流换热器的外表面，与管内热水进行换热，加热后的空气通过出风口格栅送入室内，向室内供热。

    地板嵌入式对流散热器标准宽度330mm,两种管槽标准高度130mm和150mm。备有三种管槽标准长度1200mm、2000mm和2800mm。其主要的特点有：

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   访谈：马最良教授谈地源热泵的推广应用科学之道

马最良教授简介：
哈尔滨工业大学博士生导师，九三学社社员。曾是中国制冷学会理事会理事、黑龙江省制冷学会副理事长、黑龙江省能源研究会副理事长、中国建筑装饰协会暖通空调委员会理事，《暖通空调》、《地源热泵》等杂志编委。从事的主要研究方向有：热泵技术在暖通空调中应用理论与实践；暖通空调设备的研制与开发；暖通空调设备性能试验方法的研究与发展。研究成果累累。著有《热泵》、《制冷技术与应用置》、《建筑节能技术》、《民用建筑空调设计(第1版和第2版)》、《水环热泵空调系统设计（第1版和第2版）》、《热泵技术应用理论基础与实践》、《地源热泵系统设计与应用》、《暖通空调热泵技术》、《空调工程中的制冷技术》（第1版和第2版）等著作与教材。

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