[00128671]地埋管地源热泵空调系统

（一）适用范围 一种利用浅层地热资源实现对建筑供热和空调的新型节能空调系统，冬夏季均以电为动力，采用热泵为主机，解决住宅、办公、商业建筑等的室内温度调节问题。不受地域的限制，不取用地下水。尤其是当在城市建燃煤锅炉受限时，或者是在城镇热网之外的地域，这种节能空调技术更是具有明显的经济效益和社会效益。当前主要应用于有空调需求的中高档建筑。 （二）技术产品性能和特点 1、基本原理：相对于冬、夏季室外气温来讲，较深的地层中常年保持恒定的温度，冬暖夏凉。地源热泵系统通过在地下埋管，构成“地热换热器”，使大地成为热泵系统的冷热源，通过中间介质（通常是水或防冻液）作为热载体，并使中间介质在埋设于大地中的封闭环路中循环流动，从而实现与大地进行热量交换的目的，并进而通过热泵实现对建筑物的空调。因此地源热泵可克服地下水源热泵可能浪费、污染地下水的缺陷，以及空气源热泵冬季天气越冷供热量越小的技术障碍，且效率大大提高。在建筑供热空调中采用地埋管地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少二氧化碳的排放。此外，冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。因此，这一技术的节能、环保效益显著，利用可再生能源，有利于可持续发展。 2、工艺流程：地埋管地源热泵系统一般由三个必需的环路组成，必要时可增加第四个生活热水环路。 1）室内环路 室内环路等同于传统的建筑中央空调（或户式中央空调）系统的空调末端系统，在建筑物内和热泵机组之间传递热量，传递热量的介质有空气、水或制冷剂等，因而相应地可有不同的末端形式。 2）制冷剂环路 即在热泵机组内部的制冷循环，与空气源热泵相比，只是将空气－制冷剂换热器换成水－制冷剂换热器，其它结构基本相同。对应不同的室内系统的传热介质热泵机组分别应为水-空气热泵机组、水-水热泵机组或水-制冷剂热泵机组。 3）地热换热器环路 由高强度塑料管组成的在地下循环的封闭环路，埋设在地下岩土层的钻孔中，埋深可在40－120米。循环介质为水或防冻液。冬季从周围土壤（地层）吸收热量，夏季向土壤（地层）释放热量，其循环有一台低功率的循环泵来实现。 4）生活热水环路 将水从生活热水箱送到冷凝器去进行循环的封闭加热环路，是一个可供选择的环路。对于夏季工况，该循环可充分利用冷凝器排放的热量，不消耗额外的能量而得到热水供应；在冬季或过渡季，其耗能也大大低于电热水器。 供热循环和制冷循环可通过热泵机组的四通换向阀，使制冷剂的流向改变而实现冷热工况的转换，即内部转换。也可通过互换冷却水和冷冻水的热泵进出口而实现，即外部转换。 3、技术特点： 1）节能、高效性：地源热泵空调系统是利用地下土壤温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位能源（如电能），运用地下土壤与建筑物内部进行热量的交换，实现低品位热能向高品位转移的冷暖两用空调系统。地源热泵空调系统在向建筑物提供热量的时候，70%的能量来源于地下岩土，30%的能量来自电力，用于将地下岩土中的热量“搬运”至室内。因此它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃煤锅炉直接供热也可节省约二分之一以上的能量。 2）舒适性：地源热泵空调系统完全达到中央空调系统的舒适度，送风均匀，温度分布合理，噪声小。不受集中供热的供热时间限制，使用者全年可在供热和供冷两种模式之间任意转换。 3）节省建筑空间、便于运行管理：没有冷却塔和其它室外设备，省去了锅炉房、冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积，并改善了建筑环境外部形象。可以实现机组独立计费，分户计量，方便业主对整个系统的管理。 4）绿色空调、环保无污染：地源热泵空调系统大大提高了一次能源的利用率。在冬季供暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室效应气体和其它污染物的排放，很好地保护了大气环境。在夏季制冷时也是将热量转移到地下，没有任何气体排放到大气中。 5）低运行费用：地源热泵空调系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用。维修量极少，使用寿命和建筑物同期，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。自动化程度高，无需专业人员操控。地源热泵空调系统的供暖和制冷费用只相当于传统空调系统供暖和制冷费用的50-70%。 6）应用灵活、安全可靠、用途广泛：地源热泵空调系统灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工。热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。同时，地源热泵无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。地源热泵空调系统从严寒地区至热带地区均适用。可为办公楼、宾馆、医院、饭店、商店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等各类建筑物提供冷暖两用空调系统，并可同时提供生活热水。 4、技术水平 项目负责人方肇洪教授于2000年作为访问学者赴国际地源热泵协会所在的美国俄克拉荷马州立大学全面地考察和学习地源热泵技术，在吸收消化国外先进技术的基础上，在地热换热器的传热理论及其工程应用方面做了大量创新性的工作。在国内外学术刊物上发表论文70余篇，受到广泛关注，建成我国第一个实际投入运行的地埋管地源热泵空调工程，并在省内外十余项工程中得到推广应用。主持完成了山东省重大科技攻关项目：地热综合利用关键技术的研究（项目编号：011150105 ），该项目于2003年11月通过由山东省科技厅组织的专家鉴定。鉴定委员会一致认为，“该课题已完成了计划任务书的要求，关键技术达到了国际领先水平，研究开发的地热换热器设计软件、地源热泵系统管件和配件填补了国家空白。该课题的完成对于国家地源热泵产业技术的发展和推广应用，具有积极和较深远的意义，并具有较好的经济效益、社会效益以及社会环境效益”。2004年该项目荣获山东省科技进步二等奖。 5、应用条件 通常应用于夏季需要空调的建筑。如果仅解决供热的需求，则显得系统造价过高。建筑物周围要有一定面积的土地供设置地热换热器用（约空调面积的1/5 1/3）。在系统建设完成后，这些土地仍可用作绿地、停车场或者道路。 6、技术来源 为了更好的促进科技成果转化，山东建筑大学方州地源热泵研究所与亚特尔地源热泵有限公司合作组建了山东方亚地源热泵空调技术有限公司，方肇洪教授任董事长。公司得到了山东建筑大学的有力支持，与学校签订了技术合同，知识产权归属明确。 （三）应用效果 地埋管地源热泵空调技术在欧美已有数十年的应用历史，已经成为成熟的技术。在我国技术提供单位在2001年首先把它应用于山东建筑大学学术报告厅，其后又成功地应用于济南市西区工程建设指挥部办公楼和潍坊地质大酒店及公寓等十几个工程。通过不同工程的实际运行和测试，室内温度均达到设计要求，节能效果显著。 （四）推广前景 以石油、煤炭为主的一次能源正日益枯竭，解决能源问题的关键在于用可再生能源替代这些一次性的能源。国家对节能环保问题十分重视。据报道，中国现有建筑近400亿平方米，消耗了全国近50%的能源，产生了34%的污染。在建筑耗能中，供热和空调是主要耗能设备。所以，建筑节能主要就是解决供暖和空调的节能问题。随着改革开放以来我国经济的发展和人民生活水平的提高，供热和空调已成为普通百姓的需求，并逐渐向农村和南方扩展。地埋管地源热泵系统由于其技术上的优势和节能的优点，将成为中小型冷热联供的空调系统的最佳的选择方案之一。作为一种有效的节能绿色产品，地源热泵将在我国建筑空调系统中发挥越来越重要的作用。山东省是经济大省，也是建筑能耗大省，具有应用地源热泵空调技术的广阔市场与条件。据统计，山东省2004年建筑施工面积19928.7万平方米；如果在今后新建建筑中有5%采用地源热泵供暖系统，仅山东省每年将有近1000万平方米采用地源热泵技术的潜力。据估算采用地源热泵供热空调技术可使每平方米建筑供热空调的全年耗煤量减少约100kg；推广该项技术全省全年可节约耗煤100万吨，节约建筑供热空调运行费用2亿元。