冷却塔辅助地源热泵技术经济分析

【摘要】本论文从冷却塔的概述出发，系统阐述了地源热泵技术的优点，接着研究了冷却塔辅助冷却地源热泵技术经济。

【关键词】冷却塔，辅助冷却，地源热泵技术

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、前言

冷却塔辅助冷却地源热泵技术在为大家营建舒服环境的同时，也带来了许多问题，地源热泵技术经过多年的研讨，在技能上现已相对成熟，量体裁衣地采纳不一样方式的地源热泵技能可以有效地提高低温地热资源，用来克服传统技术的限制和不足。

二、冷却塔的概述

1、冷却塔供冷系统的原理

对于一种结构已定的冷却塔而言，它的出口水温是由建筑冷负荷及室外湿球温度决定的，水可能被冷却的最低温度为当时室外空气的湿球温度。

随着过渡季和冬季的到来，室外湿球温度逐渐下降，相对湿度降低，冷却塔出口水温也随之下降。而此时，建筑冷负荷不断下降，湿负荷不断减少，适当提高冷水温度，减少其除湿能力，完全能满足空调系统舒适性的要求。若此时冷却水出口水温与空调末端所需冷水水温相吻合，就为冷却塔供冷的应用提供了可能的条件。

2、冷却塔供冷系统的形式

（一）、冷却塔直接供冷系统

冷却塔直接供冷系统是一种通过旁通管道将冷水环路和冷却水环路连在一起的系统。在夏季，系统在常规空调水系统条件下工作，在过渡季和冬季，当室外湿球温度下降到某个值时，就可以通过阀门打开旁通，同时关闭制冷机，转入冷却塔供冷模式。

由于开式冷却塔中的水流与室外空气接触换热，易被污染，从而造成系统中管路腐蚀、结垢和阻塞，通常在冷却塔和管路之间设置水处理装置，以保证水系统的清洁。

（二）、冷却塔间接供冷系统

冷却塔间接供冷系统是装设一个板式换热器，将冷却水环路和冷水环路隔开，使之相互独立，不直接接触，能量传递依靠板式换热器来进行。图中实线即为系统在冷却塔供冷状态运行时的流程示意。这种方式的特点是冷水不受冷却水的污染，但与冷却塔直接供冷相比，存在中间换热损失，效率有所将低。

三、地源热泵技术的优点

1、源热泵技术是利用可再生能源的一项技术

地源热泵是利用了土地的浅层的地能（一般小于400米）作为热源。土地的浅层的地能属于低温位热能，而地表浅层更是一个无比巨大的太阳能吸收器，收集了约47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。而且地能不受区域，环境的等限制，面广而又无处不在，是取之不尽用之不竭的近乎无限的可再生能源。

2、地源热泵还属于高效节能的一项技术

地能的温度在一年四季都是相对稳定，冬季是很好的热泵热源，夏天是很好的空调冷源。这种温度的特性可以大大提高系统的运行效率，根据统计地源热泵比传统的技术节能30%-40%左右。另外，还可以大幅度减少供热制冷空调的运行费用，因为地能的温度相对恒定特性，温差变化少可以使得热泵机组运行更稳定、安全从而保证了系统的高效性和经济性，据资料统计表明地源热泵比风冷热泵大约节能40%，比电采暖更是节能70%左右，比通常的燃气炉的效率要提高48%，它所需的制冷剂也比比一般热泵空调减少50%。

3、地源热泵还属于环保清洁的一项技术

地源热泵的能量来源于大自然，它不会向外界排放任何的三废，是人们理想的“绿色空调”。地源热泵被认为是目前对环境最友好和最高效的供热、供冷系统。最重要的一点是制冷剂的使用，地源热泵系统所使用的制冷剂在工厂里预先被注入并被完全密封好，在实际使用的过程中绝无泄漏，用户在任何时候都不用额外地添加制冷剂，避免了对大气臭氧层的破坏。地源热泵在去湿方面有特别的过人之处，在夏季炎热潮湿的天气里，地源热泵技术在这一点上的特点更加突出。若要达到室内空气质量标准，地源热泵系统是一个非常好的选择。

4、地源热泵基本上是免维护的系统

地源热泵非常的耐用，而且它的机械运动部件非常少，机组使用寿命长，这样大大的节省了维护费用。地源热泵的地下埋管选用的是聚乙烯和聚丙烯塑料管，使用的寿命可达50年，是常规分体式和窗式空调器的2至4倍。地源热泵系统的机械运动部件要比常规系统少可以减少维护，另外因为系统安装在室内和地下避免了环境的破坏，延长了寿命。甚至还可以节省空间，因为地源热泵系统可以一机多用，替换原来的锅炉加空调的两套装置，也不需要另外的冷却塔和锅炉房及其它设备，节省了建筑用地，改善了面环境外部形象。

5、地源热泵的制约因素

土壤源热泵因为地埋换热器受土壤性质影响较大在续运行时，热泵的冷凝温度容易受土壤温度变化的影响而产生波动；再加上土壤导热系数小，要求使地埋换热器的面积较大才能满足要求；再加上关于埋地盘管的数学模型和土壤热场特点的理论研究还不够深入，仍处于试验阶段；施工中还涉及钻探工程，使施工困难，系统投资比较大。这些均制约了土壤源热泵的发展。

四、冷却塔辅助冷却地源热泵技术经济分析

1、冷却塔填料底部的横梁越少，对冷却塔进风越有利

据不完全统计，支撑式逆流冷却塔填料底部次梁的横断面积能占到冷却塔净通风面积的15～35%。而且次梁上面的淋水填料因为梁的阻风而无法参加热交换，并且梁上汇集而下的热水进一步降低了冷却塔的冷却效率。冷却塔填料底部的横梁的减少，还可以使进塔的冷风均化。另外，由于冷却塔填料底部的横梁的减少，使风机运行的阻力就变小，进风更加畅通，进风量变大。因为冷空气从进风口进入冷却塔、经雨区、填料、塔内所有的纵横梁、配水系统、收水器，最后从风筒出口排出。空气穿过所有部件时产生阻力，部件和梁越多，故阻力就相应越大。尤其是取消填料下部支撑梁后，原来的配风盲区和导流区也将被祛除，最终形成每个区域填料、风量、风速、淋水密度一致，达到了配风、配水最佳状态，这就是吊装塔冷却效率高效机理之一。

2、吊装式逆流塔进风面的设计

打破了常规普通逆流塔只能单面和双面进风的传统理论，在单塔设计上能作到3～4面进风。从冷却塔的运行冷却原理可想而知，冷却塔的进风面越多，相应进风面积就越大，冷风进入塔内阻力就减小，进塔风量就越大。冷却塔的进风口阻力系数是冷却塔阻力计算中吊装式冷却塔进风面为重要的参数。所以说进风面多、进风面积大是吊装塔的冷却效率高效机理之二。

3、采用悬吊式整体填料，故可增加填料通风性能和防堵性能

目前逆流塔普通填料均由三层以上组合高度为1.5米，摆放在填料珩架上，此结构缺点在于每层填料蜂窝通道都会产生大面积错位和变形。这样，填料内的进风阻力和进风量也随之朝着不利因素方向发展。冷却塔在正常运行中冷却效率也随之降低，呈现正比关系。

4、中央空调已成为当今社会不可缺少的一门技术

针对中央空调系统冷热负荷不均衡的情况，夏季冷负荷远大于冬季热负荷的情况，我们建议采用冷却塔辅助冷却地源热泵系统形式。具体设计思路如下：针对这样的实际情况，我们本着降低初投资的原则，采用一台大的地源热泵机组（完全满足冬季制热的需求）结合一台小的冷水机组（补充夏季不足部分）满足全部建筑夏季制冷、冬季供暖的需求（如图一）。该系统具有以下优势：

（一）、最大限度的利用地埋管的能量

因地埋管系统稳定的从地下能源中提取能量，运行稳定高效，而其造价偏高，最大限度利用从地埋管中提取的能量，可达到利益最大化。

（二）、此种结合方法，水冷冷水机组在系统中起到调峰作用

在末端使用率不高，末端没有完全启用的情况下，水冷冷水机组（冷却塔工况）可以不开启，在极端恶劣情况下，开启全部机组，保证系统稳定运行。

（三）、采用大小主机相结合的方法

全年大部分时间的运行工况都是在地埋管工况下，保证系统高效、稳定运行，达到初投资和运行费用的完美匹配。地源热泵技术是目前解决我国民用建筑冷暖供应的最先进、最适用的技术。

图一

五、结束语

由于当今社会能源的日益紧缺，尤其是开发各种可再生新能源是中国经济可持续发展的关键。节能成为一个世界性关注的话题，冷却塔辅助冷却地源热泵技术经济的分析，对节能减排和环境有着十分重要的作用。

参考文献

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