地源热泵技术在工业厂房中央空调系统中的应用

摘要：长期以来，人们在使用传统空调的同时也承受着高能耗高成本高环境污染的煎熬，工业企业的重要厂房在使用传统空调的同时也承受着高成本的巨大压力。地源热泵技术用于中央空调系统，产生了巨大的经济效益和社会效益。该项技术目前已在民用建筑行业得到推广应用，取得了较好的效果，此技术若能在大型工业企业的重要或精密制造车间中央空调系统中得到推广应用，将为企业带来可观的经济效益，同时也会带来良好的社会效益。

关键词：地源热泵；中央空调系统；工业厂房；技术优势

中图分类号：TQ523 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）15-0039-02

大型工业企业的较重要联合厂房如总装配车间、发动机装配车间、精密机械加工及装配车间等，一般对环境温度及通风都提出了较高的要求，这对于改善操作者周围环境、保证产品质量起到了积极的作用。过去一般都采用传统的工业中央空调系统，冬天对车间进行供热，夏天对车间供冷气，以岗位送风的形式实现大型车间空气调节的目的。采用传统的中央空调系统，一方面能耗大，企业使用空调的成本压力很大，另一方面在满足人们冷热基本需求的情况下都会产生一定的环境污染。

随着空调工业的发展，先进的中央空调系统不断出现，人们对空调的要求也不断提高。环保、节能、经济、可靠成为人们共同的追求目标。随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调技术进入了我国，并通过了在工程中的成功运用，特别是在民用建筑、大型商场、学校、园艺温室等得到了推广应用，得到了空调界人士的认可，成为我国中央空调系统发展的趋势。地源热泵中央空调技术体现了节能、环保、经济、舒适的新理念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。

一、地源热泵中央空调技术原理

在太阳的照耀下，地壳浅层的水体和岩土体中贮存了大量清洁的可再生能源，称为浅层地热能，简称地源。

地源热泵中央空调系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内终端系统组成的空调系统。它是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。其工作原理是：在冬季，热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由装在室内的热泵机组驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。在夏季，此运行程序则相反，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。

二、地源热泵中央空调系统的技术优势

地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷，因而运行费用较低。

地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。所需制冷剂比一般热泵空调减少50%。

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。

因此，地源热泵中央空调系统与传统的中央空调系统相比具有高效节能、环保清洁、舒适低噪、一机多用、节省空间、安全可靠、控制简单、维护费用低等诸多优势。

三、地源热泵中央空调系统的构成及分类

系统一般由模块式地源热泵机组、循环水泵、地下埋管环路和室内末端系统等组成，如图2所示：

根据利用地热源的种类和方式不同一般分为以下三类：土壤源热泵系统、地下水热泵系统、地表水热泵系统。

四、地源热泵中央空调系统的应用前景

地源热泵是一种利用低位能源（空气、土地、水、太阳能、工业废热等）代替高位能源（煤、石油、电能等）以实现节能目的的高新技术。由于其所具备的高热能转换效率（1∶4），无污染，运行成本低，便于物业管理，系统使用寿命长等特点，备受世界能源、环保组织和发达国家推崇，并被市场广泛接受。在美国，1985年只有14000台水/地源热泵，1999年末统计，已安装了400000台。水/地源热泵系统已占空调总保有量的20%，其中新建筑中占30%。由此可降低温室气体1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放，年节约能源费用达4.2亿美元。在西欧、北欧，据1999年统计，水/地源热泵在新建房屋中的利用率，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。

当前，中国面临着巨大的能源及环保压力。中国经济在保持较高速度增长的同时，必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用率，要求能源结构调整。国家建设部1999年提出在10年内建筑节能效率要在现有基础上提高50%；北京市政府已明令在四环以内，撤掉所有燃煤锅炉，改造建筑取暖方式，使用清洁能源。我国目前集中供暖单位建筑面积平均能耗是气候相近发达国家的2～3倍。

今年来，我国住宅空调安装率迅速增长。上海居民住宅空调拥有率已超过60%，北京34%，城镇居民拥有率20%，空调成为冰箱、彩电后普及的又一种主要家电。这样，对于黄河、长江中下游地区的城市，住宅环境就不再仅仅是采暖问题，而是要满足统一考虑空调需求的综合性问题。为此，采用具有很多优势的地源热泵技术将满足这种需求，成为最具竞争力的建筑空调方式。

五、地源热泵中央空调系统在大型工业厂房中应用的可能性

工业厂房特别是大型联合厂房，一般情况下其厂房面积和容积都很大。使用传统的采暖或空调系统，无论利用燃煤，燃气还是电能方法实现，耗能都很大。同时还伴随着环境的严重污染。仅采暖或空调成本一项，一般的企业都很难忍受，而不得不采用限时或限量的方法加以控制使用，从而达到有限的降低企业成本的目的。但采用限时或限量的方法控制使用，往往根本达不到采暖或空调的效果。地源热泵技术在民用建筑中央空调系统上的成功应用，也为该技术在工业厂房系统中的应用与推广带来了希望和可能性。

根据地源热泵中央空调系统的结构特点可知，其空调机组和使用终端与传统空调系统基本相同，设备安装、使用特点亦相同。只有地下埋管环路系统的设计、施工及安装具有其鲜明的特点。一般要经过地质勘探、热泵形式的确定、地下负荷计算、地下换热系统的设计如确定井的数目及间距、竖井埋管管长、管材及管径的确定、打井或挖沟、埋管施工等过程。

近年来，随着地源热泵中央空调技术的推广应用，一些集地源热泵中央空调系统的设计、系统施工的科技公司应运而生。这些专业公司在国内成功地建设了很多如大型商场、学校、园艺温室、居民区的地源热泵中央空调系统。在工业厂房建设地源热泵中央空调系统也有成功案例。因此，在大型工业厂房中推广使用地源热泵中央空调技术是可行的。

六、结语

地源热泵空调技术在发达国家已经有了几十年成功应用的历史，我国引进并成功应用此项技术也有二十多年的历史。近几年，随着我国经济的不断发展，能源需求以及环境保护的要求越来越多地引起社会的广泛关注以及政府的高度重视。工业企业节能降耗、最大限度地降低生产成本，已经成为我国企业促进发展的核心问题。据统计，我国建筑能耗占全社会终端能耗的21%，因此建筑节能具有巨大的经济潜力和社会效益。而地源热泵中央空调技术作为环保、节能、经济、可靠的成熟技术在建筑节能领域有着举足轻重的地位。因此大力推广地源热泵空调技术在工业厂房空调系统中的应用有着现实和长远的意义。

参考文献

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[2]谢汝镛．地源热泵系统的设计[J]．现代空调，2001，（3）．

[3]肖益民．地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J]．现代空调，2001，（3）．

[4]李先瑞，郎四维．水源热泵――一种经济、节能、可靠的空调能源方式[J]．建筑热能通风空调，1999，（1）．

作者简介：冯长顺（1958－），男，山东高唐人，集瑞联合重工有限公司工程师。