地源热泵中央空调系统设计及经济性分析

文/ 朱何生 杭州华电华源环境工程有限公司 浙江杭州 310030

1、地源热泵中央空调系统设计的概要

由于大地土壤的温度较为稳定，能够作为提供热能的源泉，而地源热泵技术也就是利用土壤与地面环境之中存在的温度差值，完成地面与地下的能量转换，从而使地面环境的热量得到全面提升，满足地面环境对于热能的实际需求。而地源热泵中央空调系统，往往是采用热泵交换技术，通过换热系统将地下的能量进行转换，通过传热介质使热能在相应的管道之中进行循环流动，从而完成大地土壤的冷热交换。在夏季，地源热泵中央空调系统能够将过多的热量转移到地下之中，从而对房间之内的温度进行调整和控制，而在冬季能够将热量从土壤之中转移到房间之内，对房间进行供暖，从而满足用户对于热量的需求[1]。

2、地源热泵中央空调系统与其他空调系统的对比

地源热泵中央空调系统与传统的中央空调系统相比，有着高效、经济、环保和节能的优点，同时操控手段简单，有着良好的安全性能。传统的中央空调系统往往是空气源热泵加上辅助电加热以及热水冷水机组加上锅炉两种形式。在这之中，空气源热泵的风冷机组和冷水机组都是完成房间热量和室外热量交换的过程，往往受到室外气候温度条件的影响，导致制冷量或者制热量难以满足用户的实际要求。在这种情况下，传统中央空调系统的制冷能力较为不稳定，同时效率较低，而在制热过程之中，空气源热泵在室外温度降低到零度之下时，必须增加辅助电热设备，否则机组无法正常启动，在这种情况之下，空气源热泵的耗电量会大幅度增加，同时制热的效率也无法得到有效保障。而热水冷水机组加上锅炉的空调形式，在供热时需要用锅炉或者燃气炉进行辅助，往往会对周边环境造成一定的不良影响，其运行费用也较为高昂，操作工艺也有着一定的复杂性，整个体系之中还存在着一定的安全隐患。而地源热泵中央空调系统的技术较为成熟，工艺较为优化，系统操作方式较为简单，同时在整个过程之中，只存在着房间和地下土壤热量交换的流程，不会受到室外空气温度的影响，不存在着安全风险和对周边环境造成污染的可能性[2]。还有一种是地下水源热泵空调系统，这种系统的工作原理是通过潜水泵机组将地下的水循环通过板式换热，进行换热之后返回到地下，从而满足供热及制冷需求。地下水源热泵空调系统直接采用地下水，而地埋管热泵空调系统则是利用在埋在地下管网中循环的热介质进行热交换，不会造成地下水的流失。地下水源空调系统需要将地下水抽出并利用，在利用之后回灌到地下水层之中，在这个过程之中往往会造成地下水资源的损失。而在当前情况之下，我国对于地下水的相应规定和立法也逐渐严格，有些地方已经开始对使用水源热泵空调系统的单位，收取水资源费，导致地下水源热泵空调系统的应用也会受到限制。

3、施工工艺流程分析

地源热泵中央空调系统的施工包括地下埋管、打井施工过程以及地源热泵机组和其他设备的安装过程。当前应用在地缘热泵地下埋管施工有两种方式，包括水平埋管方式和垂直埋管方式，管路则可以采用串联方式和并联方式。在串联方式之下，水平管井只存在着一个流通通路，而在并联方式之下，一个水平管井相对应了一个流通通路，而整个井则有数个流通通路。在实际的施工之中，往往采用的是串联方式。同程和异程系统是地源热泵中央空调系统之中常用的两种系统。在实际工程建设之中，往往采用的是同程系统，而水平埋管则是在地沟之中埋管，地沟的深度一般在1米到2米之间，可以通过单层埋管或者多层买官的方式进行埋管，垂直埋管则是在地下通过钻机成孔，在成孔的观众进行灌浆和回填，实际施工之中往往采用的是U形管、套管或者单管。水平埋管的形式施工较为简单，初期投资较低，然而在地表温度的影响之下，热交换的效率也会下降，垂直埋管往往是由钻机成孔，由于孔道的过深，往往会导致施工难度提升，然而这种方式的热交换率较高，能够满足大多数用户的基本需求，因此得到了广泛应用[3]。

4、经济性分析

在分析地源热泵中央空调系统的经济性时，应该从地下埋管或打井系统综合考虑，在进行经济性分析时，要对设备投资的费用进行测算，设备投资费用包括设备购置费用与安装工程的费用，在造价测算时还要考虑设当地政府对于水资源使用的有关政策要求。通过测算某工程实际使用的地源热泵中央空调供热系统中，我们得到在消耗1KW电量的情况下，用户往往可以获取4KW到5KW的热量，与锅炉供热系统相比，其系统要比电锅炉节省三分之二的电能，而比燃煤和燃油的锅炉能节省二分之一的电能，地下土壤的温度较为稳定，因此机组的运行情况也较为稳定，无论是制冷还是制热都能使系统保持在高速运转的状态之下，制冷和制热的性能往往比传统的中央空调系统高出40%以上[4]。

结语：

综上所述，地源热泵中央空调系统设计有着操作简单，运行稳定，安全性较高，工作效率有所保障等多种应用优势，而从经济性的角度来看，其设备投资比传统中央空调系统投资要低，获取能量的效率较高，制冷和制热的性能超出传统中央空调系统的40%以上，因此地源热泵中央空调系统在不远的未来将会得到更加深入的应用，为用户带来更加良好的使用体验。