多聯(lián)機(jī)與地源熱泵在工程中的應(yīng)用分析

1、多聯(lián)機(jī)與地源熱泵在工程中的應(yīng)用分析2010-04-14 14:51:57作者： 來源：互聯(lián)網(wǎng)本文介紹了多聯(lián)機(jī)和地源熱泵的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理和系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了兩種空調(diào)系統(tǒng)在上海地區(qū)的工程實(shí)例的應(yīng)用。、引言變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，因具有節(jié)能和適應(yīng)靈活多樣的使用要求、設(shè)計簡單而受到用戶、房地產(chǎn)開發(fā)商和設(shè)計人員的歡迎。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于具有性能系數(shù)高、節(jié)能效果好、利用可再生能源、環(huán)保效果好等優(yōu)點(diǎn)，在歐美等地應(yīng)用較為廣泛，但在我國尚處在起步階段，目前只有較少的地理管地源熱泵機(jī)組成功運(yùn)行。本文通過對這兩種系統(tǒng)介紹，并以實(shí)際工程實(shí)例分析兩種系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用情況。二、系統(tǒng)介紹2.1、變頻空調(diào)的系

2、統(tǒng)介紹2.1.1、系統(tǒng)構(gòu)成及介紹：變頻多聯(lián)系統(tǒng)中央空調(diào)是在電力空調(diào)系統(tǒng)中，通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)換熱器的制 冷劑流量，適時地滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷要求的高效率冷劑空調(diào)系統(tǒng)。變頻多聯(lián)系統(tǒng)是屬于氟里昂直接蒸發(fā)的 中央空調(diào)系統(tǒng)，它是由一臺室外機(jī)帶若干個室內(nèi)機(jī)組成的。2.1.2、系統(tǒng)工作原理:多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的工作原理與普通蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)相同，由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器 組成。與普通蒸汽壓縮式制冷裝置不同的是，熱泵型空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)、室外側(cè)換熱器都具有冷凝器和蒸發(fā)器 的雙重功能。圖2. 1卷聯(lián)機(jī)系統(tǒng)示意圖2.1.3、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):1）設(shè)計自由度高變頻多聯(lián)系統(tǒng)空調(diào)室內(nèi)機(jī)有多種款式、規(guī)格，可

3、根據(jù)建筑和裝飾的要求任意選擇，而且采取新風(fēng)也相 當(dāng)方便，如采用全熱交換器或室內(nèi)機(jī)本身吸取新風(fēng)或集中用一臺室內(nèi)機(jī)作新風(fēng)機(jī)等都可以獲取新風(fēng)。2）節(jié)約吊頂空間變頻多聯(lián)系統(tǒng)是氟里昂直接在管道內(nèi)蒸發(fā)，冷媒管很細(xì)且安裝時沒有坡度要求，如采用帶一個冷凝水泵的變頻多聯(lián)室內(nèi)機(jī)，冷凝水可強(qiáng)制提高500-1000mm，則整個吊頂高度可比冷水盤管系統(tǒng)節(jié)約200-300mm3）不需機(jī)房變頻多聯(lián)系統(tǒng)的室外機(jī)屬于風(fēng)冷熱泵型，室外機(jī)可放在屋頂或陽臺上，可大大節(jié)省機(jī)房占地和建房投資。4）運(yùn)行可靠、維修方便、勿需專人管理變頻多聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量可靠，運(yùn)行起來幾乎不需維修，亦勿需專人值班管理。5）安裝極為方便變頻多聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)安裝極

4、為方便?？煞謽恰⒎謱?、分區(qū)、分段進(jìn)行安裝，分層或分區(qū)交付使用， 安裝工期短。舊樓改造不影響正常辦公和營業(yè)。2.2、地源熱泵的系統(tǒng)介紹2.2.1、系統(tǒng)構(gòu)成及介紹：地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)崮茉矗ㄒ卜Q為淺層地能，包括土壤、地下水、地表水、河水、海水、湖水等），同時實(shí)現(xiàn)建筑采暖、制冷和生活熱水的高效節(jié)能和環(huán)保的中央空調(diào)技術(shù)。淺層地能是取之不竭、用之不盡的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的綠色新能源。2.2.2.系統(tǒng)工作原理：地源熱泵系統(tǒng)示意圖見圖 2.2。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)散岀去。冬季供熱時，大地作為熱泵機(jī) 組的低

5、溫?zé)嵩?，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱。兩個換熱器都既可作冷凝器又可作蒸發(fā)器，只 是因季節(jié)不同而功能不同。它們之間功能的轉(zhuǎn)換由圖中的四通閥門（換向閥）控制?？梢钥吹剑诘卦礋岜孟到y(tǒng)中，由于冬季從大地中取岀的熱量可在夏季得到補(bǔ)償，因而可使大地?zé)崃炕酒胶?。圖2. 2地源熱泵系統(tǒng)示意圖223、系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵具有下列優(yōu)點(diǎn)：1）以地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源，利用清潔的、近乎無限可再生的能源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。2）影響地源熱泵使用經(jīng)濟(jì)性的因素很多 ，難以獲得準(zhǔn)確的結(jié)論，據(jù)世界環(huán)境保護(hù)組織在一份有關(guān)空調(diào)未 來的報告中的結(jié)論：設(shè)計安裝良好的地源熱泵，可以節(jié)約30%

6、40%甚至更高的供熱制冷空調(diào)的綜合運(yùn)行費(fèi)用。3）地源熱泵系統(tǒng)還可以集采暖、空調(diào)制冷和提供生活熱水于一身。一套熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置。從而也增加了經(jīng)濟(jì)性。4）地源熱泵系統(tǒng)雖然由于室外部分比較復(fù)雜，初次投資高于普通空調(diào)系統(tǒng)，但普通空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地源熱泵系統(tǒng)，一般35年時間就可以將增加的初次投資收回。普通空調(diào)壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強(qiáng)度惰性材料，埋地壽命至少50年。因此，從使用壽命和運(yùn)行費(fèi)用來考慮地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是高于普通空調(diào)系統(tǒng)的。5）無需除霜。大地土壤溫度一年四季相對保持恒定，冬季也能保持在15C以上，埋地?fù)Q熱器

7、不會結(jié)霜，可節(jié)省因結(jié)霜、除霜而消耗的能量。6）環(huán)境效益高，綠色空調(diào)。地源熱泵裝置沒有燃燒，沒有排煙，沒有余熱、余濕等廢棄物，對環(huán)境無污染，屬環(huán)保型的 綠色空調(diào)”。雖然也采用制冷劑，但其充灌量比常規(guī)的空調(diào)裝置減少25%左右，而且該裝置于岀廠前就充灌制冷劑并整裝密封好，制冷劑泄漏的幾率大大減小。7）系統(tǒng)簡單，一機(jī)多用，節(jié)約設(shè)備用房，應(yīng)用范圍廣。地源熱泵可供暖、空調(diào)，還可用于生活熱水供 應(yīng)系統(tǒng)，一套系統(tǒng)可替代鍋爐加空調(diào)主機(jī)兩套系統(tǒng)，因此一機(jī)多用，節(jié)省了建筑空間及設(shè)備的初投資，機(jī)組緊湊，節(jié)省設(shè)備用房空間。由此而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。三、工程應(yīng)用分析3.1、工程項目概況上海市某酒店，地點(diǎn)位于黃浦區(qū)，總

8、建筑面積5000平方米，建筑共分5層，其中一樓為大堂和餐廳，2至5樓為客房，共有標(biāo)準(zhǔn)客房100間，室內(nèi)空調(diào)面積約為 3300平方米，中央空調(diào)設(shè)計室內(nèi)總冷負(fù)荷為600kw，熱負(fù)荷為300kw，主機(jī)冷負(fù)荷選用 450kw，熱負(fù)荷為225kw。該項目具有如下特點(diǎn)：I上海地區(qū)全年冷熱負(fù)荷較為均勻，全年制冷、供暖時間均約為四個月，春秋過渡季節(jié)約為四個月， 有利于地下散熱均衡。I全年辦公樓空調(diào)負(fù)荷變化大，但每天空調(diào)負(fù)荷變化小。在考慮總冷熱負(fù)荷均衡的同時，還應(yīng)考慮每天地下散熱效率。I該建筑具有較好的地理位置，可為地源熱泵提供有大量的打孔面積。3.2、系統(tǒng)設(shè)計3.2.1、方案一：變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)每層選用1套3

9、2匹系統(tǒng)，分5個系統(tǒng)，共計160匹。主機(jī)放于樓頂，室內(nèi)采用天花嵌入式風(fēng)管機(jī)，新 排風(fēng)采用全熱交換機(jī)。因?yàn)榫频昕头可顭崴昧繛?5噸/天，所以還要加1臺100萬大卡的然氣熱水鍋爐。3.2.2、方案二：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)選用2臺制冷量為230kw（80匹）的全熱回收地源泵主機(jī)，地埋管按冬天采暖負(fù)荷計算，夏天采用冷卻 塔輔助散熱，如此既可以避免冬天吸熱量和夏天散熱量不平衡，也可以減少打孔費(fèi)用，降低投資成本；采用PE100 d25的雙U型埋管，單個管孔有效深度80m，孔徑為 150mm共要打孔70個，孔距采用4x4米。該系統(tǒng)在夏天制冷量可利用熱回收產(chǎn)生免費(fèi)生活熱水，過渡季節(jié)可單獨(dú)產(chǎn)熱水，冬季可滿足采暖

10、和生活熱 水需求。機(jī)房設(shè)于酒店的變電站房旁。3.3、系統(tǒng)全年能耗分析本文采用空調(diào)負(fù)荷計算程序計算建筑物全年動態(tài)負(fù)荷，計算包括：設(shè)計日空調(diào)逐時冷負(fù)荷，設(shè)計日采暖逐時熱負(fù)荷以及全年動態(tài)負(fù)荷分布。計算結(jié)果如下圖：圖3.1設(shè)計日空調(diào)逐時冷負(fù)荷X：00-14:00-12:00 16:0017:00-18:00圖3.2設(shè)計H采暖逐時熱負(fù)荷3圖3. 3全年動態(tài)負(fù)荷分布圖亂！空調(diào)系統(tǒng)全年能耗對比C5It 3,5 *乩1.5OSsni1 2 4 T1t999 U 11圖3d系統(tǒng)全年季節(jié)能效比由圖3.1、圖3.2和圖3.3的計算結(jié)果可知，在夏季運(yùn)行工況下，7月份的負(fù)荷最大，6、8月次之，9、10月負(fù)荷最小。在冬季

11、運(yùn)行工況下，12、1月份的負(fù)荷最大，2月次之，3月負(fù)荷最小。根據(jù)全年空調(diào)運(yùn)行情況及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的功耗，可計算岀兩種系統(tǒng)全年能耗，如圖3.4：在評價不同類型空調(diào)機(jī)組在整個空調(diào)運(yùn)行季節(jié)中的綜全性能時，通常采用季節(jié)能效比SEER。SEER=系統(tǒng)供冷或供熱量/系統(tǒng)總能耗根據(jù)前面所做的空調(diào)負(fù)荷計算以及兩種空調(diào)系統(tǒng)在冬、夏季的能耗的計算，得到多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)在冬、夏季的季節(jié)能效比SEER。如圖3.5。從圖3.5可以看出，兩種系統(tǒng)的能效比變化規(guī)律相類似，均在7、8月份時最高，12、1月份最低。雖然兩種系統(tǒng)的能效比隨時間的變化規(guī)律相似，但地源熱泵系統(tǒng)的能效比均高于多聯(lián)機(jī)能效比，平均高20%-30%。3

12、.4、系統(tǒng)初投資對比u變頻多聯(lián)中央空調(diào)：序號設(shè)備需稱規(guī)格型號單價（萬數(shù)量合計（萬兀）參考 廠家1多聯(lián)機(jī)主機(jī)32匹7.65382多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)251批253熱水鍋爐系統(tǒng)111114風(fēng)管管材1配件及安裝1項205銅管管、配件及安裝1項106控制1項5合計（萬元）109u地源熱泵中央空調(diào):序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單價（萬 元）數(shù)量合計（萬 元）參考 廠家1熱回收地源熱泵 機(jī)組80匹16232Z-I冷卻塔夏天輔助散執(zhí)1113空調(diào)末端設(shè)備1批204水循環(huán)泵1M25風(fēng)管管材、配件及安裝1項206末端水管、配件及安裝1項157地埋管管材、配件及安裝項408控制配電1項59合計（萬元）1353.5、系統(tǒng)運(yùn)行成本對比

13、3.5.1、空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用根據(jù)前面空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗計算，可以得岀全年空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)性費(fèi)用，按電費(fèi)1元/度1、空調(diào)和采暖的運(yùn)行費(fèi)用對比表:項地源熱泵空調(diào)多聯(lián)機(jī)主機(jī)冷負(fù)荷（kw）450150上機(jī)熱負(fù)荷（衣225225空調(diào)夏天的匕機(jī)功率（冷）75130空調(diào)冬天的丄機(jī)功率（kw）56115水塔、風(fēng)機(jī)（kw20空調(diào)未端功率（kK）1010水泵功率（kw260系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用20萬元/年25萬元/年3.5.2、熱水的運(yùn)行費(fèi)用熱回收地源熱泵可以提供 55 C的生活熱水。以1m3水加熱溫度升高40C （從15 C升高到55C ），需40000kcal的熱量為例分析熱水成本：（能源需要量=40000kcal謨際產(chǎn)熱

14、值）加熱理論熱值實(shí)際效 率實(shí)際產(chǎn)熱值能源需要 量能源成本（元/n?）電熱860kcal/kvrh95%817kcal kwh49.0kwhLOO 元 / kwh4 & 96熟氣鍋爐8400kcal/in365%5460kcal/ni37* 3m32.507G/m318. 32地源熱泵860kcal/kwh420%3612kcal kwh11. 1kwhLOO元 / kwhIk 07根據(jù)上面表格熱水計算，熱水使用量為25噸/天，按全年運(yùn)行240天，制冷120天，制熱120天，計算各類熱水器一年熱水成本（地源熱泵中央空調(diào)制冷期間，免費(fèi)提供熱水，非制冷期間熱水費(fèi)用按11.07元/m3）如下表：各類熱

15、水器一年執(zhí)水成本一覽表加熱單位成本（元 / m3）用水量M天）耗能天數(shù)生活熱水年費(fèi) 用元）電熱48. 9625365446h 760燃?xì)鈪f(xié)爐18.322521096t1803.5.3、年運(yùn)行成本比較方案地源熱泵空調(diào)多聯(lián)機(jī)+熱水鍋爐系 統(tǒng)初投資（萬元）135109空調(diào)年運(yùn)行費(fèi)用（萬兀）2025熱水運(yùn)行費(fèi)用（萬尤）631年運(yùn)行總費(fèi)用（萬元）2656年節(jié)約費(fèi)用（萬元）300初投資回收期（年）1從計算可以看地源熱泵機(jī)組在初投資要比變頻多聯(lián)機(jī) +熱水鍋爐高，但總體運(yùn)行費(fèi)用要低，初投資的費(fèi) 用可在1年就可以收回（注：本文所選建筑適用地源熱泵，因此對比結(jié)果不代表所有建筑），一般來說，地源熱泵系統(tǒng)比多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)節(jié)約 20%