隨著(zhù)空調工業(yè)的發(fā)展，先進(jìn)的中央空調系統不斷出現，地源熱泵中央空調在現代建筑中扮演起越來(lái)越重要的角色。人們對地源熱泵空調的要求也不斷提高，節能、環(huán)保、靈活成為今后共同追求的目標。本文介紹了地源熱泵系統構成與原理，并在投資回報、運行性能、設備管理、使用期限等方面與其他中央空調形式進(jìn)行對比分析，充分論述了地源熱泵工程應用在節能、環(huán)保上的綜合優(yōu)勢。
近年來(lái)，隨著(zhù)國際經(jīng)濟技術(shù)合作的不斷深入，地源熱泵中央空調系統已進(jìn)入我國，通過(guò)在工程中的成功運用得到了空調界人士的認可和推崇，成為我國中央空調冷熱源發(fā)展的新趨勢，充分體現節能、環(huán)保、靈活、舒適的新概念。美國環(huán)境保護局已經(jīng)宣布，地源熱泵系統是目前可使用的對環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統。我國將加快建設以低碳為特征的建筑體系，因而地源熱泵工程將會(huì )發(fā)揮更大的作用。
1、
地源熱泵系統組成及運行原理
1.1、地源熱泵系統組成
地源熱泵空調系統由以后部分組成：地下?lián)Q熱器、地源熱泵機組、循環(huán)水泵、水管環(huán)路、水系統控制箱、空調末端設備和室內溫控器等。熱泵機房?jì)妊b有地源熱泵機組、水泵、定壓補水裝置及加藥設備等�？照{末端則由新風(fēng)機組、風(fēng)機盤(pán)管、送回風(fēng)口及安全控制器等所組成。
1.2、地源熱泵運行原理
在冬季，地埋管地源熱泵系統通過(guò)埋在地下的由封閉管道構成的地下?lián)Q熱器，從大地收集自然界的低溫熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶入地源熱泵機組提升水溫，通過(guò)末端設備將熱量送入室內。在夏季，地源熱泵系統將室內熱量排入環(huán)路并為大地所吸收，房屋得到冷量。
2、地源熱泵特點(diǎn)
（1）地源熱泵系統能充分利用蘊藏于土壤和江河湖泊及海水、污水中的低位熱能，循環(huán)再生，實(shí)現對建筑物的供暖和供冷。
（2）地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節能40%，比電采暖節能70%。比燃氣鍋爐效率提高48%。系統配置較好的熱泵機組的制冷系數（COP）可達到5.0以上，即輸入1千瓦電能，有5千瓦冷量輸出，運行費用較低。
（3）地源熱泵系統運動(dòng)部件要比常規空調系統少，因而減少了維護量。機組一般均采用標準部件，便于維修。需要經(jīng)常清理末端設備的空氣過(guò)濾網(wǎng)和凝結水盤(pán)。
（4）地源熱泵系統在運行中無(wú)需燃燒燃料，因此不會(huì )產(chǎn)生有毒氣體和污染物，也不會(huì )發(fā)生爆炸。地源熱泵系統在冬季供暖時(shí)，不需要鍋爐，無(wú)燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放。據美國地熱協(xié)會(huì )提供的報告，僅美國肯塔基州路易斯維爾市總建筑面積15.8萬(wàn)平方米的高特.豪斯飯店地源熱泵系統，每年可減排CO2849噸；SO219.97噸；NOX14.98噸；微塵2.49噸。2010年世界“達沃斯論壇主會(huì )場(chǎng)————新建9.8萬(wàn)m2的天津梅江會(huì )展中心”地源熱泵工程的污染物排放，比常規空調供熱減少了70%。
（5）該系統可廣泛應用于辦公樓、賓館、學(xué)校、公寓、醫院、飯店、商場(chǎng)、別墅等場(chǎng)所。在處理好冬夏熱量平衡問(wèn)題的基礎上，即使是嚴寒地區或熱帶地區也可應用。
3、地源熱泵用于中央空調的綜合優(yōu)勢
3.1、一機多用
地源熱泵可完全代替冷水機組+鍋爐兩種設備，解決了供暖、制冷設備分設給用戶(hù)帶來(lái)的不便，同時(shí)其熱回收功能可高效提供大量高品質(zhì)的生活熱水。
3.2、節省空間，穩定運行工況
地源熱泵系統因為沒(méi)有常規冷水機組配套的冷卻塔，沒(méi)有鍋爐房和其他室外地面設備，因而無(wú)需寶貴的地面面積，可產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善環(huán)境外部形象。地埋管置于室外地下，既美觀(guān)，又不占用室內空間。室內系統與其他系統相同。此外，機組的運行工況穩定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會(huì )衰減，更無(wú)風(fēng)冷熱泵冬季運行的結霜除霜之慮。也無(wú)燃煤、燃油鍋爐儲煤、儲油等既不衛生又不安全的問(wèn)題。
3.3、使用壽命長(cháng)
一般來(lái)說(shuō)，常規空調設計壽命10-15年，燃氣鍋爐為8-10年；而設計、施工合理的地源熱泵系統運行工況穩定，其地下?lián)Q熱器壽命可達50年以上。
3.4、控制簡(jiǎn)單
根據用戶(hù)要求，可降低控制成本。有利于可采用全系統可編程智能化遠程中央計算機控制，具有隨人流變化而自動(dòng)調整地源熱泵供冷或供暖處理，實(shí)現節能最大化，運行費用最小化。還可設置顯示和打印設備，可存儲、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟及技術(shù)數據，促進(jìn)系統運行最優(yōu)化。
3.5、低維護費
地源熱泵系統，操控人員專(zhuān)業(yè)門(mén)檻低。地源熱泵系統不設冷卻塔、屋頂風(fēng)機，壓縮機工作穩定，較少出現傳統設備中制冷劑壓力過(guò)高或過(guò)低的現象，維護費用大大低于傳統空調；一套設備可實(shí)現供冷、制熱和生活熱水三種功能，因而減少了對多種供冷、供暖設備的維護量。
4、地源熱泵與其他空調方案性能比較
現將地埋管地源熱泵與VRF空調系統、冷水機組+燃油鍋爐以及溴化鋰冷熱水機組中央空調形式進(jìn)行分析比較如下：
4.1、初投資與運行費用比較
（1）初投資
地源熱泵：初投資略高；
VRF空調系統（變制冷劑流量多聯(lián)分體式空調系統）：初投資高；
冷水機組+燃油鍋爐：初投資相對較少；
溴化鋰冷熱水機組：初投資頗高。
（2）運行費用
地源熱泵：可比一般暖通空調節約40%-60%。
以天津為例：市政熱網(wǎng)冬季采暖費為市民25元/m2，工商用戶(hù)36元/m2（2011年價(jià)格）。夏季空調費約為50元/m2。全年費用為市民75元/m2(工商戶(hù)為86元/m2)。而地源熱泵冬季供暖費13元/m2，夏季空調費12元/m2,全年費用為25元/m2。以電價(jià)0.6元/kwh計算，一般采暖空調用電45kwh/m2,而地源熱泵用電僅為15kwh/m2。
（3）節能效果
VRF空調系統：通過(guò)在不同負荷下調節室外機的輸入功率及制冷劑流量來(lái)達到節能效果；
冷水機組+燃油鍋爐：需要制冷機組和鍋爐兩套設備機組，維護需要專(zhuān)業(yè)人員；
溴化鋰冷熱水機組：用電量小，使用熱能驅動(dòng)，耗能比常規空調大30——40%，節電不節能。
4.2、設備結構與維護管理比較
（1）設備結構
地源熱泵：一機三用，一臺機組就可以實(shí)現供冷、供熱和供生活熱水，設備結構相對簡(jiǎn)單；
VRF空調系統：一套系統可實(shí)現供冷和供熱，但生活熱水系統則需另配；
冷水機+燃油鍋爐：需要供冷和供熱兩套設備，結構復雜；
溴化鋰冷熱水機組：可一機三用，但結構較復雜。
（2）維護管理
地源熱泵：系統采用自控系統，系統簡(jiǎn)單，維護費用低；
VRF空調系統：隨著(zhù)管道的加長(cháng)，對管材材質(zhì)、制造工藝、現場(chǎng)焊接等的要求也提高，滲漏的可能性增大；
冷水機組+燃油鍋爐：鍋爐房需設置安全裝置，需請壓力容器檢測站每年進(jìn)行檢測，否則不準使用；冷卻塔需定期清洗，維護費用高；
溴化鋰冷熱水機組：水泵和冷卻塔耗能大，機組需常年保持較高的真空度，冷量衰減快，維護費用高。
4.3、機房占地、使用壽命及其他方面的比較
（1）機房占地
地源熱泵：當使用水—水機組時(shí)，所需機房面積較��；使用水—空氣分散式系統僅需要循環(huán)泵房；
VRF空調系統：室外機可采用壁掛或立式放置，不需要機房，但影響建筑外觀(guān)；
冷水機組+燃油鍋爐：需要冷凍站和鍋爐房；且冷卻塔和儲油設備也需要占用面積；
溴化鋰冷熱水機組：設備及機房的占地面積較大。
（2）使用壽命
地源熱泵：壽命最長(cháng)，設計施工良好的地埋管部分可達38000小時(shí)及以上，地面以上設備壽命約21000小時(shí)；
VRF空調系統：一般為25000小時(shí)左右；
冷水機組+燃油鍋爐：平均使用壽命約為21000小時(shí)；
溴化鋰冷熱水機組：平均使用壽命約為21000小時(shí)。
（3）使用范圍比較
地源熱泵：地埋管系統需一定的地下面積，或使用湖泊、河流、池塘或地下水等水源，；
VRF空調系統：適用于對室外美觀(guān)要求不高的建筑物；
冷水機組+燃油鍋爐：比較適合于對環(huán)保要求不高的地區；
溴化鋰冷熱水機組：適用于煤、油（氣）資源極為豐富的地區，或可以利用熱電廠(chǎng)或其他廢熱的地區。
（4）其他方面的比較
地源熱泵：沒(méi)有室外機，不影響建筑物美觀(guān)，無(wú)環(huán)境污染，需要建筑物周?chē)幸欢ǖ目盏鼗蚩梢岳玫暮�、池塘、河流等水源�?br />
VRF空調系統：主機安裝高度有限制。機組不宜設置過(guò)密，否則通風(fēng)不暢；室外機影響建筑物外部美觀(guān)；
冷水機組+燃油鍋爐：適應性強，但污染環(huán)境，運行維護復雜，鍋爐房需要設置自動(dòng)安全報警裝置，啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊大；
溴化鋰冷熱水機組：節電不節能，需蒸汽等大量余熱、燃油（氣），會(huì )造成空氣污染。
總而言之，地源熱泵空調作為一種新型的中央空調形式，可節省建筑空間，提高投資效用，操作及維護相對便捷，使用期限相對延長(cháng)，廢棄排放量相對較低，在節能、環(huán)保上享有相當大的優(yōu)勢。在經(jīng)濟效益與社會(huì )效益并舉的今天，地源熱泵空調系統必將進(jìn)一步獲得重視，得到越來(lái)越廣泛的開(kāi)發(fā)和應用。
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