复合式地源热泵工程应用分析

张宏弢，胡海舰，赵 龙

昆明理工大学，云南昆明 650051

0 引言

节能和环保是关系到21世纪国民经济可持续发展的两个重要课题。当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，冬季锅炉供暖所造成的大气污染、夏季空调制冷的高能耗问题越来越突出。如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而地源热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。

1 地源热泵与传统空调形式对比

地源热泵技术是可再生能源的开发和利用技术，是从土壤、地下水、海水等低品位热源中提取热量，转换成高品位清洁能源，来提供供暖热源或空调冷源的地源热泵系统。热泵系统能效比可达1：4～1：5，即输入1KWh的电能，可输出4～5KWh的热能，其中另外3KWh～4KWh的热量来自免费的天然能源，效率远远高于其它形式的供热方式。采用地源热泵技术，不燃烧任何燃料，是一种极为清洁的能量转换方式，真正做到了零污染、零排放，可以大幅度降低用户的能源使用费用，同时也大量取代燃煤锅炉，解决了环保的压力。

2 地源热泵系统存在的热堆积现象及工程解决方案

夏季，地源热泵系统从室内吸收热量排放到土壤中；冬季从土壤中提取热量来加热室内空间。当夏季冷负荷大于冬季热负荷，即夏季向土壤中排出的热量大于冬季从土壤中吸收的热量时，就出现了热堆积现象。长期的热堆积使土壤温度上升，降低了地源热泵系统的换热效率，同时也破坏了生态环境。因此，在地源热泵系统的设计过程中，应当考虑系统冬夏季的负荷平衡问题，必要时利用辅助设备来实现热量的平衡。

3 复合地源热泵系统节能及环保性

本工程采用2台968kW螺杆式地埋管热泵机组，根据美国ARI标准和中国行业标准JB/T4329-97，结合本建筑物的使用功能，满负荷运行系数取0.6。 夏季制冷按90天，冬季制热按120天，地源热泵机组每天运行10小时计算。

式中：QZL为热泵机组夏季总制冷量（KWh）；Q1为热泵机组单位时间制冷量（kW）；

t1为热泵机组每天运行时间（ h）；

T1为制冷运行天数（d）；

n1为满负荷使用系数；

代入公式（3.1）得夏季总制冷量为1045440KWh

式中：WZL为制冷季系统总耗电量，KWh；

W2为热泵机组总输入功率，kW；

W3为水泵总输入功率，kW；

t2为热泵机组夏季每天运行时间，h；

T2为制冷运行天数（d）；

n2为平均使用系数；

代入公式（3.2）得夏季制冷总耗电量为312120KWh

式中：QZR为热泵机组总制热量（KWh）；

代入公式（3.3）得冬季总制热量为1355040KWh

式中：WZR为制热季系统总耗电量，KWh；

代入公式（3.4）得冬季制热总耗电量为491040KWh

整个热泵系统能效比为：

热泵系统全年总的制冷、制热量为280.056万KWh，热泵系统的能效比为3.2，所以本项目热泵系统的节能量为192.5万KWh。

根据1万KWh折标准煤为3.57吨，则本项目热泵系统每年的节煤量为

通过减少常规能源的消耗，可再生能源系统可以有效减轻对环境的负面影响。地源热泵系统在工作过程中不会向环境产生任何排放物，也不会对地下水产生污染，通过可再生能源对常规能源的替代，本工程实施后每年可以减少CO2排放量1821.5t，减排SO2量为5.66t。

4 结论

通过计算显示，由于吸/放热的不平衡性，导致循环液进入机组的温度过高，偏离了土壤源热泵运行的工况范围，为保证土壤的热稳定性，土壤源热泵换热器的换热性能及系统的运行效果，应采用冷却塔辅助散热，从而改善地下换热情况，平衡土壤散热与吸热。同时，采用复合地源热泵系统可有效减少常规能源的消耗，保护生存环境。

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