一 中央空調系統(tǒng)形式介紹:

 

    1、傳統(tǒng)的中央空調有空氣源熱泵（風冷機組）+輔助電加熱和水冷冷水機組+鍋爐兩種形式。空氣源熱泵（風冷機組）和水冷冷水機組在制冷時都是把房間的熱量向室外空氣排放，受室外氣溫因素影響太大，其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，尤其在高溫高濕地區(qū)，機組制冷性能極不穩(wěn)定，效率低下,有時甚至不能工作。在制熱時，空氣源熱泵當室外溫度降到零度以下時需加輔助電加熱裝置，耗電量大，效率很低;而水冷冷水機組+鍋爐這種空調形式，在供熱時需用電鍋爐或燃煤、燃油鍋爐，污染嚴重，運行費用昂貴。

 

    2、地源熱泵中央空調:地源熱泵中央空調分為水源熱泵和土壤熱交換器地源熱泵兩種形式

 

    2.1 水源熱泵中央空調 水源熱泵概念、原理及歸類

 

    2.1.1、水源熱泵概念

 

    水源熱泵技術是一種利用地球表面或淺層水源（如地下水、河流和湖泊），或者是人工再生水源（工業(yè)廢水、地熱尾水等）的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉移，既可供熱又可制冷的高效、環(huán)保、節(jié)能的空調系統(tǒng)。

 

    2.1.2、水源熱泵原理

 

    地球表面淺層水源（一般在 1000 米以內），像地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵技術的工作原理就是：在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

 

    通常水源熱泵消耗 1kW 的能量，用戶可以得到 4kW 以上的熱量或冷量。

 

    2.1.3、水源熱泵的分類

 

    當利用的對象都是水體和地層（含水地層）的蓄能，而且都是以水作為熱泵機組的冷熱源，都可以將之歸類為水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵可以分為地下水源熱泵以及地表水源熱泵。 地下水熱泵系統(tǒng)，也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。 通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

 

    地表水熱泵系統(tǒng)。 通過直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵的冷熱源。

 

    2.2 土壤熱交換器地源空調系統(tǒng)。

 

    這種空調系統(tǒng)是把熱交換器埋于地下，通過水在由高強度塑料管組成的封閉環(huán)路中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地土壤進行冷熱交換的目的。夏季通過機組將房間內的熱量轉移到地下，對房間進行降溫。同時儲存熱量，以備冬用。冬季通過熱泵將土壤中的熱量轉移到房間，對房間進行供暖，同時儲存冷量，以備夏用，大地土壤提供了一個很好的免費能量存貯源泉，這樣就實現(xiàn)了能量的季節(jié)轉換。 垂直埋管地源熱泵系統(tǒng) 水平埋管地源熱泵系統(tǒng)

 

    〈1〉工作原理：地源熱泵空調的心臟是一個“熱泵”（制冷、供熱）。供暖時，它吸取地熱向用戶排放，此過程只消耗少量電能，如圖1所示。制冷時，它吸取用戶室內的熱量向地下排放，同樣也消耗少量熱能。

 

    〈2〉 機組運行過程：冬天熱泵中制冷劑正向流動，壓縮機排出的高溫高壓R22氣體進入冷凝器向集水器中的水放出熱量，相變?yōu)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/高溫.html" >高溫高壓的液體，再經熱力膨脹閥節(jié)流降壓變?yōu)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/低溫.html" >低溫低壓的液體進入蒸發(fā)器，從地下循環(huán)液中吸取低溫熱后相變?yōu)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/低溫.html" >低溫低壓的飽和蒸汽后進入壓縮機吸氣端，由壓縮機壓縮排出高溫高壓氣體完成一個循環(huán)。如此循環(huán)往復將地下低溫熱能“搬運”到集水器，從而不斷的向用戶提供45℃-50℃的熱水。如圖3所示。  夏天熱泵中制冷劑逆向流動，與用戶換熱的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器從集水器中的低溫水（7-12℃）提取熱能，與地下循環(huán)液換熱的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠飨虻叵卵h(huán)液排放熱量，循環(huán)液中熱量再向地下低溫區(qū)排放，如此循環(huán)往復連續(xù)地向用戶提供7-12℃的冷水。

 

    〈3〉土壤熱交換器埋管形式：地下埋管換熱器主要有兩種形式，即水平埋管和垂直埋管。選擇哪種形式取決于現(xiàn)場可用地表面積、當?shù)貛r土類型以及鉆孔費用。盡管水平埋管通常是淺層埋管，可采用人工開挖，初投資比垂直埋管小些，但它的換熱性能比豎埋管小很多，并且往往受可利用土地面積的限制，所以在實際工程應用中，一般都采用垂直埋管。

 

    2.3 地源熱泵發(fā)展概況

 

    地源熱泵的概念最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文現(xiàn)中。20世紀50年代，歐洲和美國開始了研究地源熱泵的第一次高潮。但在當時能源價格低，這種系統(tǒng)并不經濟，因而未得到推廣。直到上世紀70年代，石油危機和日益惡化的環(huán)境把人們的注意力集中到節(jié)能、高效益用能和環(huán)境保護上時，使地源熱泵的研究進入了又一次高潮，最近20年在歐美等工業(yè)發(fā)達國家取得了迅速的發(fā)展，已成為一項成熟的應用技術。在美國地源熱泵空調系統(tǒng)占整個空調系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術。為了表示支持這種技術，美國總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的別墅中也安裝了這種地源熱泵空調系統(tǒng)（見2001年5月28日參考消息）。到目前為止美國已安裝了600，000臺，而且計劃每年安裝40萬臺的目標，能降低溫室氣體排放一百萬噸，相當于減少50萬輛汽車的污染排放或種植樹一百萬英畝，年節(jié)約能源費用4、2億美元。瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用地源熱泵，用于供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例：瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

 

    在我國由于能源價格的特殊性以及人們節(jié)能、環(huán)保的認識程度等原因以及其它一些因素的影響，地源熱泵空調技術應用和發(fā)展比較緩慢，人們對之尚不十分了解，推廣較困難，然而隨著人們生活水平的提高，人均能耗的增長，一次性礦物能源的日益衰竭以及環(huán)境的日趨惡化，地源熱泵技術已越來越引起人們的重視。在目前節(jié)能和環(huán)保的潮流下，該技術以其特有的節(jié)能性和穩(wěn)定性受到行業(yè)的矚目，國內許多院校、科研所作了大量的應用研究。國家建設部在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》中專門作了推薦。據(jù)統(tǒng)計，僅在北京2004年施工并投入運行的地源熱泵系統(tǒng)的空調工程占全年空調工程總量的2/3以上?？梢灶A見，隨著經濟的發(fā)展，人們節(jié)能、環(huán)保意識的日益提高，地（水）源熱泵作為一種節(jié)能、環(huán)保的綠色空調設備適應能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，在中國必將有廣闊的應用和發(fā)展前景。

 

    2.4 地源空調系統(tǒng)的特點

 

    地（水）源熱泵與常規(guī)空調技術相比有著無可比擬的優(yōu)勢。

 

    (1) 利用可再生能源：屬可再生能源利用技術  地源熱泵從常溫土壤或地表水（地下水）中吸熱或向其排熱，利用的是可再生的清潔能源，可持續(xù)使用。

 

    (2) 高效節(jié)能，運行費用低：屬經濟有效的節(jié)能技術。

 

    地源熱泵的冷熱源溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。在制熱制冷時，輸入1KW的電量可以得到5KW以上的制冷制熱量。運行費用每年每平方米僅為15——18元，比常規(guī)中央空調系統(tǒng)低40%左右。

 

    (3) 節(jié)水省地：

 

    1）以土壤(水)為冷熱源，向其放出熱量或吸收熱量，不消耗水資源，不會對其造成污染。

 

    2）省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設施，機房面積大大小于常規(guī)空調系統(tǒng)，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀

 

    (4) 環(huán)境效益顯著  該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內，在供熱時，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，不會產生城市熱島效應，對環(huán)境非常友好，是理想的綠色環(huán)保產品。

 

    (5) 運行安全穩(wěn)定，可靠性高：地源熱泵系統(tǒng)在運行中無燃燒設備，因此不可能產生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣，也不存在丙烷氣體，因而也不會有發(fā)生爆炸的危險，使用安全。燃油、燃氣鍋爐供暖，其燃燒產物對居住環(huán)境污染極重，影響人們的生命健康。由于土壤深處溫度非常恒定，主機吸熱或放熱不受外界氣候影響，運行工況非常穩(wěn)定，優(yōu)于其它空調設備。不存在空氣源熱泵供熱不足，甚至不能制熱的問題。整個系統(tǒng)的維護費用也較鍋爐－制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。維修量極少，折舊費和維修費也都大大地低于傳統(tǒng)空調。

 

    (6) 一機兩用，應用范圍廣  地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)。 可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于住宅的采暖、供冷。

 

    (7) 自動運行  地源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設計簡單系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，可無人值守；此外，機組使用壽命長，均在20年以上。

 

    2.5 地源空調系統(tǒng)的社會效益

 

    在我國的一些發(fā)達城市，夏季制冷、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的40-50%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染，對人們的健康形成了威脅。因此，建筑物污染控制和節(jié)能已是國民經濟發(fā)展的一個重大問題。傳統(tǒng)的采暖空調模式因其產生的環(huán)境污染正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。對于夏季制冷的建筑來說，隨著空氣熱泵空調的普及，空調的實際使用效果正在逐年下降，這是因為空調裝機容量的增加，空調局部熱島效應交叉干擾的結果。天氣越炎熱，室外的溫度越高，空調負荷也越大，而此時空調機向室外散熱時，傳熱溫差越小，空調機的運轉效率就越低，設備也越費電。也就是說，除了燃煤供暖給環(huán)境造成污染之外，空調機同樣會造成大氣污染。

 

    另一方面，我國大部分地區(qū)冬冷夏熱，夏天大量地使用風冷空調，造成某些大城市供電緊張，形成電荒，為了確保不會造成斷電等問題出現(xiàn)，有些城市夏天限制用電量。另外，因為部分地區(qū)沒有暖氣供應，冬天使用電爐取暖，造成電力供應緊張。

 

    地源熱泵機組制冷、供暖所需能量3/4左右來自地能，另外1/4左右來自電力輸入，從而減少一次性的礦物能源消耗；不向室外排冷、熱風，減少城市熱島效應。對環(huán)境非常友好。

 

    地源熱泵空調是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的工程系統(tǒng)。冬季向建筑物供熱，夏季又可供冷?？蓮V泛應用于各類建筑中，如商業(yè)樓宇、公共建筑、住宅公寓、學校、醫(yī)院等。隨著21現(xiàn)在，我國對建筑節(jié)能的要求越來越高。減少我國冬季采暖和夏季供冷所造成的大氣污染，降低供暖空調系統(tǒng)的能耗、節(jié)約能源是每個公民應盡的義務。特別是近幾年來，大中城市為改善大氣環(huán)境，大力推廣使用包括可再生能源的清潔能源。隨著人們生活水平的提高，建筑物不僅要滿足冬季采暖的要求，而且需要夏季空調降溫，地源熱泵技術提供了這一問題的有效解決方案。

 

    地源熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統(tǒng)的一個顯著的特點是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點。地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高約40～60％，節(jié)能50%左右。另外，地源溫度恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，整個系統(tǒng)的維護費用也較鍋爐－制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經濟性。