地源热泵空调系统的应用

摘要：本文以平湖“龙湫湾”小区3#楼西套为载体，解述了在本地区利用地热能源实现“冷热、除湿、生活热水”家居环境的可行性、科学节能性和经济性，为本地区后续同类工程建设提供参考。

关键词：地源热泵空调系统

中图分类号： TU831.3+5 文献标识码： A 文章编号：

地源热泵空调系统是以地表能(包括土壤、地下水和地表水等)为热源，通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低品位热能向高品位热能转移的热泵空调系统。地源热泵冬季供暖时，把地表中的热量“取”出来，供给室内采暖，同时向地下蓄存冷量，以备夏用；夏季空调制冷时，把室内热量取出来，释放到地表中，向地下蓄存热量，以备冬用。故地源热泵是可再生能源利用技术。

一、低层建筑实施地源热泵空调系统的可行性

（一）本地区地势较低，海拔高度平均约为4米，地下水系丰富，海平面以下水温恒定，整个地区为冲积平原、粉质砂积层为主，含水充沛并能很好的和海水实现地下水能量交换，100米深以内地下温度始终处于13°C～21°C，十分有利于地源热泵系统地源侧实现地下能量的获取交换，且能量充足，为地源热泵系统的实施提供了地理结构和能量保障。

（二）低层建筑附近的场地较多，为地源侧管道打井提供了空间位置，为地源热泵系统的实施提供了物理空间保障。

（三）国际上地源热泵主机及集成控制系统（如：瑞士森德、意大利克莱门特等品牌）应用已有20多年历史，国内应用已有近10年,技术上已十分成熟，设备的运行稳定，为地源热泵的实施提供了技术设备保障。

二、低层建筑实施地源热泵空调系统的科学节能性

（一）地源热泵系统遵循“能量守恒”定理，换热器的地下侧取地下能量，通过换热器后的二次侧将能量送到室内，夏天取地下能量时地下温度保持在21°C左右，换热器后介质温度为18°C,压缩机仅需压缩做功3°C；如果此时采用普通空气源空调，夏天室外温度为33°C，压缩机把制冷剂做功到18°C，压缩机需压缩做功15°C，很显然地源热泵系统压缩机做功要少12°C，大大缩短了压缩机的做功，即能耗大大降低；冬天取地下能量时地下温度保持在13°C左右，远高于室外温度0°C，换热器后介质温度为26°C,压缩机仅需压缩做功13°C；很显然地源热泵系统压缩机做功要少13°C，大大缩短了压缩机的做功，即能耗大大降低；可见地源热泵系统相比传统的制取能源方式是原理上的成倍节能。

（二）森德地源热泵系统的组成：地下侧循环管道、热泵主机、室内终端、生活热水制取装置；具体如下：

（1）地下部分管道采用Φ32的U型管，伸入地下约100米，打孔数根据建筑面积确定，一般300平方米的建筑打孔6-8个，此管道内的介质从地下把能量带到主机一次侧，在主机换热器内实现能量交换。

（2）热泵主机是进行地下能量和室内端能量交换的中枢机构，包括压缩机、板式换热器、自动控制和检测装置，换热器又包括：生活热水制备换热器、室内冷暖制备换热器；热泵主机可根据设定的参数自动启停相关设备，对生活热水制取和冷暖媒的制取分模块完成，实现大需求用大模块，小需求用小模块，动力设备变频工作，可根据能量需求强度选择工作频率。

（3）同程管路和分集水器系统确保每一路水压和流速相同，确保每个分支路在单位时间内所送达的流量/能量均相同。

地源热泵系统与传统的制冷和供热系统相比，还具有以下优点：1、资源可再生利用；2、运行费用低，每年运行费用可节省70%左右；3、占地面积小，节约水资源；4、绿色环保，工作过程中不产生废气、废水，固废；5、自动化程度高，系统可实现自动化控制；6、一机多用，可供暖、制冷以及制取生活热水。

三、低层建筑实施地源热泵空调系统的经济性

以“龙湫湾”3号楼西套为参考进行对比，采用地源热泵和采用普通空调在一次性投资并使用10年在经济上的盈亏关系。该套建筑面积359平方米，为4室4厅4卫3个楼梯过道1门厅户型，如采用普通空调要达到同样的制冷、制热、除湿、生活热水制取效果，至少需要配置5匹柜式空调4个，正1.5匹空调4台，正3匹柜式空调1台，电热水器4台；如采用地源热泵系统需要选配30KW地源热泵主机一台（电功率为12千瓦），配风机盘管，及配套管路控制系统，投资运行汇总表如下：

地源热泵系统+风机盘管集成系统按照实际平均成本600元/米2，359米2*600元/米2=215400元；普通空调5匹4台*12000元/台=48000元，正1.5匹4台*3500元/台=14000元，正3匹1台*5000元/台=5000元，电热水器4台4000元，合计71000元；

②地源热泵成套电功率12千瓦，接入电缆线5*16米2铜电缆，按距离100米计算，5000元；普通空调电功率47千瓦，接入电缆线5*70米2铜线，按距离100米计算，16000元（未包括小区外网电缆的规格提高所增加的成本以及电热水器增加的电缆费用）；

③假定每年制冷时间120天，制热时间90天，除湿时间30天，每天开启10小时计算，开启时均为满负荷运行计算，其它为不开启时间计算。30千瓦地源热泵十年耗电支出为：12千瓦/小时*10小时/天*240天*10年=417600千瓦*0.56元/千瓦=161280元；普通空调十年耗电支出为：47千瓦/小时*10小时/天*240天*10年=1128000千瓦*0.56元/千瓦=631680元；生活热水每年用120天，每天烧制热水时间2小时，总功率为6千瓦，耗电为：120天*2小时*6千瓦*10年=14400千瓦*0.56元/千瓦=8064元。传统方式累计电费支出：631680元+8064元=639744元。

④从投资运行汇总表合计中可看出，虽然地源热泵系统一次性投资比普通空调系统高（215400元+5000元）-（71000元+16000元）=133400元，但由于在运行期间地源热泵系统节约电能消耗，在同样使用的前提下，十年使用下来地源热泵系统可少支出726744元-381680元=345064元，经济收益十分可观。

所以，在有条件的地区新建低层建筑时一次性建成地源热泵系统是经济的。

综上所述，嘉兴地区的低层建筑新建时，非常适合一次性建成地源热泵空调及生活热水制取系统。

参考文献

1.森德 康舒热能zehnder - ZCAS - 201001。

2.森德 热回收新风系统zehnder - CS2 - 201002。