地源热泵中央空调节能技术及应用研究

朱良鹤

摘要：近年来我国的科学技术有了很大的发展，地源热泵技术、电子技术、控制理论都有了很大的发展。新一代地源热泵中央空调系统能够达到理想的节能效果，符合简单可靠的电路设计要求，采用数字化、模块化的设计方法。本文对地源热泵中央空调节能技术及应用进行分析，明确系统的特点和操作，为空调节能设计提供重要参考。

关键词：地源热泵;中央空调;节能技术;技术应用

一、地源热泵中央空调的节能技术

随着环保问题越来越受到重视，在各行业各中都必须注重资源节约。建筑能耗是我国能源消费的一个重要方面，空调能耗不容忽视。为适应新时期環保与可持续发展的要求，必须优化原有的中央空调系统能耗，提高效率。地热水泵中央空调具有经济、环保等优点，具有良好的节能环保性能，已成为许多大型场所普遍采用的中央空调系统。在经济快速发展的背景下，中央空调越来越多地采用地源热泵。但地源热泵技术应用成本较高，一些企业没有充分了解节能技术的好处，多数企业都会选择低成本的建设项目进行投资，在一定程度上制约了中央空调节能技术的发展，对工业生产、节能、环保造成了不利影响。尤其是专业人员缺乏专业技能和缺乏专业知识等问题，中央空调系统节能也存在诸多问题。此外，在中央空调节能技术引进过程中，技术、人员等企业与投资者的建设目标存在偏差，这一切都将影响到建筑节能技术的应用，导致中央空调建设中节能技术的流于表面，并没有真正地实施。

二、地热泵中央空调节能控制系统设计

（一）整体系统设计

采用温差和变流量控制方式来控制整个系统的一次侧，通过传感器探测温度差，将其上传到可编程逻辑控制器，针对性控制一次泵的流量。压差发射器在闭环负反馈系统中，利用一定的压力差来实现二次侧的压力控制，将采集到的数据上传给处理器。处理机把模拟信号转换成数字信号，与变频器相连，控制二次侧泵的数量和工作效率。

（二）系统网络设计

系统网络结构是地源热泵中央空调节能控制系统的重要组成部分，在具体的设计过程中将大系统划分为若干子系统。该系统各子系统具有独立控制功能，可在共享软件连接作用下完成数据链接与交换，所有的子系统均可视为控制站。

（三）一次侧可变温差设计

一次侧水循环系统时热泵的主机容量选择必须符合最高的热负荷，如果不考虑气候季节变化的影响因素，则会造成能源的损失。在设计节能控制系统时可采用变温差控制方法对温度环境进行补偿，从而提高系统的节能效果。当温差控制在一定范围内，空调供水温度达到55℃，回水温度达到45℃时，两者的温差都是10℃。在环境温度改变的情况下，如果采用可变温度差控制装置，供水温度可能会改变。外界温度越高供暖越少，外部温度越低供热越好。在-20°C时供水温度为55℃，但如果外部温度升高至-15℃，供水温度将变为45℃，并计算出的温差为5℃。当用户的用水需求较大时，可采用其它转换方式控制供水温度，以提高用户的自主性和选择性。

三、节能技术应用于地下热泵中央空调系统建设中的重要作用

（一）国家有关法规对中央空调系统的重要要求

在整个系统中由于温差等原因，常常会出现严重的能耗问题。由行业现状分析，中央空调系统能耗占比较大。为减少能源浪费，提高资源利用率，需要政府部门制定相关法律法规和能耗标准，积极开发节能理念。

（二）大型场所、建筑物等对中央空调的节能要求更加强烈

近些年，大型场所、建筑物、办公大楼发展迅速，要特别注意耗能大的中央空调系统，合理控制不必要成本。在节能理念的指导下，企业和行业都要注重节能、环保，保证能源使用的效率，积极应对发展目标，从而达到国家节能减排的目标。随着科技的不断进步，地源热泵中央空调今后节能技术的发展，不可避免地将对提高地源热泵节能技术起到积极的作用。由于信息技术、手机软件、因特网、电力线等的普及，实现了远程控制，使用手机监督空调运行情况。将空调门窗连在一起，可以智能开窗，有效利用自然环境进行制冷，从而实现节能降耗。随着科学技术的不断进步，必然会开发出更先进的节能技术。今后中央空调行业必将朝着节能、智能、先进、便捷的方向发展。现在逐渐普及、广泛使用的新型中央空调是地热热泵中央空调。根据目前环保开发理念，空调系统的节能控制作用不容忽视。主要特点是比较节能，低碳，环保，经济，维修简单。运作有各种不同的动作模式。在此基础上，通过总体设计、网络结构设计、一次侧温差设计等来实现节能运行控制系统的设计。

四、地源热泵中央空调系统的组成

地源热泵中央空调系统能够吸收土壤源热能，具有高效、节能、绿色环保、可再生的特点，集热泵、暖通空调、地质勘探等多种技术于一体，在相对稳定的土壤温度条件下高效、稳定、经济地进行作业。地源热泵中央空调系统由室内空气处理终端系统、地源热泵中央空调机组系统、室外地下管线系统三部分组成。在地源热泵空调系统中，地源热泵中央空调主机把用户或工长房间的余热输送到地下热源，以满足用户的冷却需求。地热水泵系统在向用户提供采暖功能时，从地热源中提取较低的热量，通过中央空调系统的机组（热泵）供应给上位热源，以满足用户的采暖需要。本实用新型由蒸发器、冷凝器、膨胀阀、四通阀、压缩机组、制冷管件及相应的电控系统组成。井下管道系统包括地下管线、循环泵、净水器、阀门等。地源热泵中央空调与传统的中央空调系统相似。差别如下。常规中央空调系统由单一冷却水冷却器、冷却装置、循环泵及加热系统组成。地源热泵中央空调系统包括压气机和循环系统。用填埋管和地面温度来冷却水系统，并用来冷却供水系统。地源热泵系统主要包括冷却循环水系统、制冷剂系统和冷凝器系统，冷水回路可实现相应的地温散热和冷却功能。

五、地源热泵中央空调的工作特性

（一）清洁性能

地源热泵中央空调主要利用地表的浅热量进行太阳能供热，是一种无污染的纯能源，代表绿色能源。太阳能以辐射的形式提供热量，地热源能量是由太阳不断变化产生的，属季节变化，受季节影响较大的再生资源。夏季温度高，太阳温度低，冬季比地面低。太阳光的温度高于地表温度。利用太阳能进行地热泵中央空调仅需少量的能量就可实现能量的相互转换，对促进高效节能、减少二氧化碳排放、促进能源利用具有重要作用，节能减排，建设低碳经济环境。

（二）环保经济

地源热泵空调系统在充分利用太阳能、减少二氧化碳、防止有害气体方面发挥着重要作用，有利于节约能源，减少排放，防止环境污染。过去中央空调的实际利用中太阳能利用得不到充分利用，主要是煤炭和石油等非再生能源，造成大量对环境不利的能源浪费。这将导致更严重的后果。污染环境。实用的地源热泵中央空调，主要利用太阳能、热效应和稳定化浅能源促进能源集中，对防止能源浪费、保护环境、降低运行起着重要作用。有很强的环保性和经济性。

（三）便于维护

地下热泵中央空调无需特殊冷暖系统，仅靠太阳能作业，减少机械零件的使用，维修更方便。大多数的中央空调都设置在室内，深埋于地下，使用年限长，使用效果好。同以前的中央空调相比安装方便，自动化程度高，稳定可靠。

六、地源熱泵中央空调节能控制系统的分析

（一）地源热泵空调变流量水系统

热泵空调可变流水系统地源热泵中央空调运行时间短，技术尚不成熟，需要了解传统空调方法的优缺点，以便自行开发。变流器系统广泛应用于地源热泵中央空调系统的节能控制中，各种房间的冷水流量可根据系统实际负荷自动调节，不造成资源浪费。将能耗降到最低，达到节能的目的。通过与定流方式的比较，发现在负荷结束后不仅冷水流量发生变化，而且冷水管路总水量也发生变化。调温时，不改变供水温度和回水温度差，而是改变流量调节负荷。节能改造后，系统流量减少，系统输出能量减少，达到节能降耗的目的。

（二）地源热泵空调变流量控制技术

地源热泵中央空调的变流量控制技术可从两方面进行有效的负荷控制。一是开环控制系统。利用电脑技术收集有关的数据和资料，并通过分析和处理后对系统进行控制。由于员工专业能力和实际工作经验也是有差别的，但智能和自动化程度较低，易受主观因素的影响。二是闭环控制系统，为了利用各种最新信息技术，建立数理模型，将数据处理结果作为控制量，现已逐步取代前一种方法，广泛应用于地源热泵中央空调节能控制系统。

结束语：

地源热泵中央空调节能分析地源热泵空调设备主要有换热器和液力机械流体力学两大动力源。作为一种新型的中央空调，地热泵空调不仅节约了建筑空间，有效地增加了使用面积，而且可以比较方便地进行操作维护，延长了空调系统的使用空间，同时也能更方便地操作维护，延长使用寿命以及减少污染物的排放。那对环保有许多好处，具有较大的经济效益和社会效益，今后将广泛应用。

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