簡述地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的發(fā)展前景

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前言步入21世紀(jì)，人們對生活品質(zhì)要求不斷提高，住宅面積不斷擴(kuò)大，家用空調(diào)器也向著大功率、舒適、節(jié)能、甚至美觀豪華的趨勢發(fā)展，普通房間空調(diào)器已經(jīng)不能更充分、更完全地滿足市場需要了。帶有新風(fēng)系統(tǒng)的戶式中央空調(diào)正在代替普通的房間空調(diào)器，該項技術(shù)技術(shù)方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，因此具有相當(dāng)可觀的潛力和應(yīng)用前景，并將成為21世紀(jì)我國空調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢.

　　然而，隨著空調(diào)設(shè)備使用的日益廣泛，一直困擾人們的能源問題、環(huán)保問題顯得更為突出。比如在上海，日常生活中，空調(diào)用電量占到總用電量的40％，特別在大型商業(yè)和辦公用建筑中占到總用電量的1/3以上[5].今年夏天，因電力嚴(yán)重不足而造成外灘的照明工程一度中斷，這與夏季炎熱人們長時間運(yùn)行空調(diào)不無關(guān)系。能源形勢已經(jīng)很嚴(yán)峻了。

　　因此，如何實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的更好得節(jié)能環(huán)保成了當(dāng)前暖通行業(yè)工作者最關(guān)心的課題。結(jié)合國內(nèi)外空調(diào)設(shè)備及空調(diào)能源的研究狀況，筆者認(rèn)為地源熱泵技術(shù)為空調(diào)的節(jié)能與環(huán)保提供了一個新的發(fā)展方向；隨著人民生活水平日益提高而出現(xiàn)的新概念空調(diào)――戶式中央空調(diào)，如果應(yīng)用地源熱泵作為其冷熱源，作者認(rèn)為有著很好的應(yīng)用前景，下面給予簡單介紹。

　　1背景

　　1.1戶式中央空調(diào)的發(fā)展?fàn)顩r

　　所謂戶式中央空調(diào)，又稱小型中央空調(diào)，每家一臺主機(jī)，通過管線或風(fēng)道，主要以電能、少部分以燃?xì)庾鳛槟茉?，實現(xiàn)夏天制冷，冬天供暖。

　　在國外發(fā)達(dá)國家，由于經(jīng)濟(jì)條件較好，住房面積大，戶式中央空調(diào)早已成為一種家庭消費(fèi)必需產(chǎn)品。在美國、歐洲、日本等國的家庭中，有85％以上的家庭在選購空調(diào)產(chǎn)品時，會選擇戶式中央空調(diào).

　　近年來，國內(nèi)面積超過100平方米以上的住宅、復(fù)式住宅的不斷增加，商品房開始有越來越大的趨勢。介于大型中央空調(diào)系統(tǒng)與家用空調(diào)之間的空白點(diǎn)便顯露出來，于是戶式中央空調(diào)市場開始在中國啟動。作為一個產(chǎn)業(yè)，這幾年戶式中央空調(diào)市場在國外的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，而在國內(nèi)卻還只是剛剛起步，市場對這種空調(diào)好處還處于一個逐漸認(rèn)識的過程。戶式中央空調(diào)行業(yè)占有率美國已經(jīng)超過70%，在日本超過50%，而在中國的占有率僅占空調(diào)器行業(yè)的5%左右。當(dāng)然，在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的大型城市如北京、上海等地，已經(jīng)有相當(dāng)一部分消費(fèi)者接受了戶式中央空調(diào)這一概念。

　　1.2地源熱泵的應(yīng)用原理及發(fā)展?fàn)顩r

　　地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

　　地源熱泵系統(tǒng)工作原理如圖1所示，“熱泵”二字說明它是熱泵的一種，具有熱泵的共同特點(diǎn)，其工作過程具體如下，夏季制冷時，大地作為排熱場所，把室內(nèi)熱量以及壓縮機(jī)耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導(dǎo)熱和土壤中水分的遷移把熱量擴(kuò)散出去。冬季供熱時，大地作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩矗ㄟ^埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱。兩個換熱器都即可作冷凝器又可作蒸發(fā)器，只因季節(jié)不同而功能不同。在地源熱泵系統(tǒng)中，由于冬季從大地中取出的熱量可在夏季得到補(bǔ)償，因而可使大地的熱量基本維持平衡.

　　有許多地源熱泵系統(tǒng)正在全世界廣泛使用，特別是在美國、瑞士和北歐。裝機(jī)數(shù)量約為：美國300000臺，瑞士20000臺，北歐30000臺。在瑞士和北歐，地源熱泵系統(tǒng)大部分用于單個家庭住房；而在美國許多熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于大型建筑.國內(nèi)許多科研院所也已經(jīng)開展了不同程度的研究，地源熱泵的技術(shù)已經(jīng)距離實用化非常近，并且采用深井水為熱源的地源熱泵技術(shù)已經(jīng)在應(yīng)用.

　　地源熱泵作為一種非常重要的可再生能源，具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益，國際上已經(jīng)將地下蓄熱技術(shù)和高效熱泵同時列入21世紀(jì)最有發(fā)展前途的新技術(shù).

　　2地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的可行性分析

　　2.1地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的技術(shù)性分析

　　與其他能源利用技術(shù)相比地源熱泵具有一下優(yōu)勢：

　　1.屬再生能源利用技術(shù)

　　地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多[11].

　　2.屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)

　　地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣高，夏季比環(huán)境空氣低，這種溫度特性使之比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。

　　3.環(huán)境效益顯著。地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施，節(jié)能減排會更明顯.

　　4.一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣

　　地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。

　　5.節(jié)省空間

　　可以埋在地下，不必大面積開挖，不占用地面的空間，上面可以種上花草。對于目前新興的花園式別墅，花園式小區(qū)樓宇及花園式建筑有非常好的實用性，并且由于其地面機(jī)房所需面積很小，故其對建筑面積節(jié)省的特點(diǎn)對當(dāng)前建筑寶貴的面積來說無疑是一大福音。

　　2.2地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性分析

　　1.與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量。

　　2.地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50～60%.

　　運(yùn)行費(fèi)用分析：

　　以北京市的物價水平-天然氣價1.90元/m3、電0.44元/kWh來比較[14].如果利用天然氣來采暖，天然氣熱值為33500kJ/m3，利用熱效率90%計，則燃燒1m3可以獲得熱量為：Q=33500×0.9=30150kJ.

　　如果使用地?zé)釤岜?，取COP=3.5，則獲得同樣的熱量需要耗電量為：

　　W=Q/COP=30150/35=8614.3（kJ）=2.4（kWh）

　　費(fèi)用比較可知：

　　熱泵供暖電費(fèi)=0.44（元/Kwh）×W=0.44×2.4=1.056（元）

　　而1m3的天然氣費(fèi)用=1.90（元）

　　因此，用地?zé)釤岜霉┡幔┛蓽p少運(yùn)行費(fèi)用：

　　y=（1.9-1.056）/1.9=44.4%

　　2.3工程實例投資及經(jīng)濟(jì)性對比分析：

　　現(xiàn)在再來通過實例來比較以地源熱泵為冷熱源與常規(guī)冷熱源的戶式中央空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性比較[15]：

　　實例1

　　項目名稱：上海市鐵路局員工宿舍樓地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)項目

　　項目地址：上海市長寧區(qū)

　　執(zhí)行單位：北京計科地源熱泵科技有限公司

　　建筑類型：宿舍樓

　　建筑結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)

　　建筑占地：280平方米

　　建筑面積：679平方米

　　空調(diào)面積：420平方米

　　實例2

　　項目名稱：北京市順義區(qū)月亮灣別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)項目

　　項目地址：北京市順義區(qū)月亮灣別墅區(qū)

　　執(zhí)行單位：北京計科地源熱泵科技有限公司

　　建筑類型：別墅住宅（獨(dú)棟）

　　建筑結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)

　　建筑占地：90平方米

　　建筑面積：240平方米

　　空調(diào)面積：190平方米

　　通過上述分析可以看出，將地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)中，有以下一些特點(diǎn)：

　?。?）從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，設(shè)備的初投資較大，但是，地源熱泵在夏季可以做空調(diào)冷源，冬季可以做供熱的熱源，因此兼用制冷的熱泵系統(tǒng)與純采暖相比的年運(yùn)行費(fèi)要明顯降低。而且，地源熱泵系統(tǒng)能耗少，機(jī)組性能系數(shù)高，節(jié)能效果明顯。

　?。?）從環(huán)保的角度考慮，地源熱泵有不對使用地產(chǎn)生大氣污染、噪聲污染、熱污染等優(yōu)點(diǎn)，并且埋地?fù)Q熱器可布置在別墅區(qū)的花園、草坪或是建筑物周圍的地下，而不占地上建筑面積，對環(huán)境保護(hù)有利，是一種“綠色空調(diào)”，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

　　（3）從工程技術(shù)方面考慮，對于別墅區(qū)，建筑物周圍空間較大，鋪設(shè)埋管較容易，所以較適合使用地源熱泵系統(tǒng)。

　　（4）從操作運(yùn)行角度來考慮，地源熱泵系統(tǒng)操作要比普通制冷機(jī)組簡單方便。

　　盡管地源熱泵的應(yīng)用還存在諸如其區(qū)域性較強(qiáng)；初投資較高；缺少針對土壤熱特物性參數(shù)的研究成果；缺少最佳匹配參數(shù)；缺少動態(tài)特性研究等方面的不足，但是隨著科技的進(jìn)步和工程技術(shù)人員的不懈努力這些問題都將得到很好的解決。

　　3前景展望在我國夏熱冬冷地區(qū)及寒冷地區(qū)利用地源熱泵可實現(xiàn)夏冬兩季冷暖聯(lián)供，其中最有利的地區(qū)是夏熱冬冷地區(qū)。這個地區(qū)年平均溫度高，一般居住建筑均無集中供熱系統(tǒng)供暖，而其氣候特點(diǎn)是夏季炎熱，濕度大；冬季陰冷潮濕，屬我國居住熱環(huán)境質(zhì)量最差的地區(qū)之一。該地區(qū)夏季供冷冬季供暖天數(shù)相當(dāng)，同一地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行空調(diào)可以充分發(fā)揮地下蓄能系統(tǒng)的作用。如果在這些地區(qū)大力發(fā)展地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，必將大大改善當(dāng)?shù)厝嗣竦木幼岘h(huán)境，為國家節(jié)約大量的建筑能耗。

　　如果按空調(diào)的制冷或制熱面積來計算空調(diào)的價格，戶式中央空調(diào)的價格應(yīng)遠(yuǎn)比中央空調(diào)的價格便宜，但和普通空調(diào)比起來又略高一些，不過其價格又在人們的承受能力之內(nèi)，而且戶式中央空調(diào)的性能不遜于中央空調(diào)，豪華舒適性也優(yōu)于普通家用空調(diào)，室外機(jī)只有一臺，可以選擇安裝在住房樓頂或者其它隱蔽性的地方，絲毫不影響樓房的外觀。

　　總之，將地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于戶式中央空調(diào)的技術(shù)可以滿足于新世紀(jì)空調(diào)的發(fā)展需要，并且具有很強(qiáng)的可行性，是一種需要大力發(fā)展的新型能源利用技術(shù)。隨著地源熱泵應(yīng)用于戶式中央空調(diào)技術(shù)研究的進(jìn)展，必然會對我國能源的科學(xué)利用起到良好的促進(jìn)作用。