地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制冷性能分析

1、建筑與飯店管理地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制冷性能分析蔣綠林,羅迎賓,徐麗23(1.東南大學(xué),江蘇南京,2100001;2.江蘇工業(yè)學(xué)院新能源研究中心,江蘇常州,213016;3.常州格林能源公司,江蘇常州,213000)摘要:介紹了地源熱泵的工作原理,同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際對(duì)地源熱泵系統(tǒng)制冷性能進(jìn)行運(yùn)行狀況分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了地源熱泵的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:地源熱泵;空調(diào)系統(tǒng);制冷性能中圖分類號(hào):TK11.+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-3950(2007)01-0068-03SystemdesignoftheGSHPandanalysingofrefrigeranatureJIANGLv2l

2、in,LUOYing2bin,XULi23(1.SouthEastUniversity,Nanjing210000,China;2.JiangsuIChina;3.ChangzhouGreenCo.,Ltd,Abstract:Theworkprincipleofgroundsourceheat.Therefrigerationperformanceisanalyzed,accordingtotheactualproject,theprgroundsourceheatpumpisdiscussedonthisfoundation.Keywords:groundpuon;refrigeration

3、nature0前言地源熱泵系統(tǒng)以大地為熱源,通過地下的埋管換熱系統(tǒng)與大地進(jìn)行熱量的交換。由于地?zé)嵩礈囟容^為恒定,常年維持在18左右,因此系統(tǒng)可分別在夏冬兩季得到相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度;而且只需要消耗少量的能源,就可以得到適宜的溫度。此外,由于地源熱泵系統(tǒng)中的地藕埋管換熱系統(tǒng)在地下運(yùn)行,從而減小了對(duì)地面空氣的熱及噪音的污染;同時(shí)由于它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣,因此是一種理想的1-2綠色技術(shù),符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的要求。1地源熱泵工程案例工程位于江蘇省張家港市,建筑類型屬辦公2樓性質(zhì)。建筑面積約350m,空調(diào)面積約2502m,建筑為東西向兩層樓結(jié)構(gòu),層高約3m。張家港地區(qū)冬季空調(diào)

4、室外計(jì)算溫度為零下5;夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度為33;未受干擾的地下溫度為18。從節(jié)能環(huán)保的角度考慮,該工程決定采收稿日期:2006-10-08作者簡介:蔣綠林(1965-),男,江蘇常州人,博士,教授。用地源熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)。1.1辦公樓冷熱負(fù)荷在系統(tǒng)選擇、設(shè)備選型及進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前,必須對(duì)建筑物的冷熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)首先進(jìn)行空調(diào)分區(qū),然后確定每個(gè)分區(qū)的冷熱負(fù)荷,最后計(jì)算整幢建筑總冷熱負(fù)荷。參考空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè),結(jié)合辦公樓的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用建筑能耗模擬軟件Energy2Plus對(duì)整幢辦公樓進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算,總冷負(fù)荷為45kW,熱負(fù)荷為30kW。1.2U型地藕埋管換熱器根據(jù)國內(nèi)外資料

5、推薦的理論數(shù)據(jù),結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn),采用單U型豎直埋管形式,管材采用目前國際上廣泛使用的高密度聚乙烯管(PE3408)。地?zé)釗Q熱值可以按照國外設(shè)計(jì)文獻(xiàn)中推薦的每米鉆孔深度傳熱量1742W/m計(jì)3算。根據(jù)張家港地區(qū)的氣候條件和地理特點(diǎn),適宜選取35W/m?？紤]到埋管循環(huán)液現(xiàn)階段多數(shù)采用純水,其凝固點(diǎn)0,設(shè)計(jì)進(jìn)入熱泵循環(huán)液最低溫度為7;設(shè)計(jì)中額定冷熱負(fù)荷滿負(fù)荷持-建筑與飯店管理續(xù)運(yùn)行時(shí)間為4h;因此,垂直埋管總長度設(shè)計(jì)約為1100m,地?zé)釗Q熱系統(tǒng)總計(jì)需要60m深豎井9口可以保證換熱。1.3埋管周圍的土壤結(jié)構(gòu)表1系統(tǒng)冷凍水及冷卻水測溫結(jié)果測試時(shí)間8:008:158:308:459:009:159:30

6、9:4510:0010:1510:3010:4511:00冷凍水出水15141313131212111110987根據(jù)現(xiàn)場的土壤試樣,地下3m左右均為回填土,60m以上均為花崗巖,有少量的地下水。為使得埋管與周圍土壤良好接觸以保證均勻的換熱效果,必須進(jìn)行泥漿回填。當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)端未受干擾巖土層溫度為18,當(dāng)?shù)貛r土的類型可參考當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)勘探局提供的相關(guān)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)階段巖土平均導(dǎo)熱系數(shù)按照1.2W/(mK)計(jì)算,巖土體積比3熱為2000kJ/(mK)。1.4地源熱泵主機(jī)根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷,選擇MSR2J150H/V型美國美意整體式水源熱泵;在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況條件下(夏季:埋管側(cè)進(jìn)/出水溫度為25/30,負(fù)荷側(cè)進(jìn)/出水

7、溫度為12/7;冬季:埋管側(cè)進(jìn)/度為10/5,負(fù)荷側(cè)進(jìn)/出水溫度為,名義制冷量為45.9kW,2k,能耗比COP值約為.51。室,選擇相應(yīng)的風(fēng)機(jī)盤管。由于辦公樓建筑裝潢吊頂空間較小,因此選擇超薄型吊頂暗裝風(fēng)機(jī)機(jī)組。同時(shí)設(shè)置25L膨脹水箱用于系統(tǒng)的運(yùn)行補(bǔ)水。冷卻水進(jìn)水25.024.724.124.023.523.423.122.922.922.722.722.522.5冷卻水出水373636353534343434333332冷凍水進(jìn)水222019181816161515151312121,冷凍水的5的要求,制冷效果符合國際。室內(nèi)溫度的變化如表2。表2室內(nèi)溫度的變化測試時(shí)間8:008:309:0

8、09:3010:0010:30冷凍水進(jìn)水221918161513冷凍水出內(nèi)溫度323028262524從測試結(jié)果可以看出,系統(tǒng)運(yùn)行2h左右,室內(nèi)溫度整體降低到25左右,完全符合設(shè)計(jì)要求。再繼續(xù)開啟熱泵系統(tǒng)1h左右,室內(nèi)溫度可以達(dá)到24。從表1和表2還可以看出,隨著熱泵啟動(dòng)時(shí)12地藕埋管換熱器;22地源熱泵主機(jī);32底層風(fēng)機(jī)盤管;42二樓風(fēng)機(jī)盤間的延續(xù),冷凍水的溫降趨勢逐漸明顯。而冷卻水在比較平緩的趨勢下保持著靜態(tài)的平衡。室內(nèi)溫度在初期較為劇烈的動(dòng)態(tài)變化之后,也趨向于2425的平衡。而這一個(gè)降溫過程的周期為2.5h,略低于空調(diào)的降溫趨勢。管;52排氣閥;62膨脹補(bǔ)水箱;

9、72負(fù)荷側(cè)循環(huán)泵;82水源側(cè)循環(huán)泵圖1地源熱泵系統(tǒng)原理圖2制冷測試結(jié)果與分析2.1制冷性能實(shí)測與分析不過從實(shí)測數(shù)據(jù)也可以看出,由于室外的溫度不是一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化,因此,要保證測試數(shù)據(jù)在安全穩(wěn)定的狀態(tài)幾乎是不可能的。在整個(gè)測試過程中,每組數(shù)據(jù)都取15min間斷的平均值,而2007年,第1期通過負(fù)荷側(cè)和水源側(cè)的熱敏溫度探頭,分別對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的冷凍水和冷卻水進(jìn)行測量。結(jié)果見表1。-建筑與飯店管理不采用瞬態(tài)數(shù)值,從而總體上降低數(shù)據(jù)實(shí)測誤差。2.2經(jīng)濟(jì)性分析通過對(duì)地源熱泵系統(tǒng)制冷工況條件下進(jìn)行為期10d的實(shí)測,平均輸入功率為11.3kW,制冷量按照名義制冷量45.9kW計(jì)算,平均能耗比COP值為4.

10、06。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)每天運(yùn)行8h,每天總耗電量為90.4kW,制冷天數(shù)約100d,按照工業(yè)用電0.85元/kWh計(jì)算,年制冷費(fèi)用為7500元。對(duì)比目前采用較廣的小型VRV中央空調(diào)系統(tǒng),其制冷能耗比COP值約2.65,因此,年制冷運(yùn)行費(fèi)用11500元。由此可見,采用地源熱泵系統(tǒng),僅制冷季節(jié)就可以節(jié)約4000元左右的運(yùn)行成本。如果結(jié)合制熱運(yùn)行工況,則可年節(jié)約費(fèi)用7500元左右。2此地源熱泵系統(tǒng)初投資約350元/m,略高2于VRV系統(tǒng)的300元/m,但是可以在2a回高出VRV系統(tǒng)部分的初期投資分析狀況見圖2。圖2地源熱泵與VRV系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較當(dāng)外界環(huán)境溫度高于37時(shí),地?zé)釡囟燃s高2,室內(nèi)溫度

11、難以保持在2425的人體適宜范圍。因此可以看出,隨著冷凝溫度,。,具,因此,在我國夏熱冬冷的地區(qū)具有積極推廣的意義。參考文獻(xiàn):1賀平,孫剛.供熱工程M.北京:中國建筑工3結(jié)論冷的通用標(biāo)準(zhǔn)。制暖數(shù)據(jù)沒有監(jiān)測,無法輕易結(jié)論。從空調(diào)工況的制冷性能分析以及工程經(jīng)驗(yàn)判斷,系統(tǒng)應(yīng)具有較高的制熱性能。業(yè)出版社,1999.2蔣漢文.熱工學(xué)M.北京:高等教育出版社,1990.3鄭祖義.熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新M.華中理工大學(xué)出版社,1994.報(bào)道中標(biāo)協(xié)發(fā)布鮮風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)自1998年我國首臺(tái)負(fù)離子健康空調(diào)問世以來,健康作為空調(diào)業(yè)的發(fā)展主題已日漸深入人心,同時(shí)也成為空調(diào)行業(yè)爭論不休的話題。消費(fèi)者到底需要什么樣的健康空

12、調(diào)?什么樣的空調(diào)才是真正健康的?這個(gè)困擾消費(fèi)者和空調(diào)行業(yè)八年的難題現(xiàn)在終于迎“刃”而解了。2006年12月28日,中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(以下簡稱中標(biāo)協(xié))在北京正式發(fā)布了中國鮮風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。這部標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合日韓等發(fā)達(dá)國家最先進(jìn)的健康技術(shù)規(guī)范,以消費(fèi)者對(duì)“不用開窗、保溫加氧、四季清新”的需求為基點(diǎn),引進(jìn)海爾空調(diào)自主創(chuàng)新的鮮風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),從空調(diào)換風(fēng)、凈化、負(fù)離子三項(xiàng)技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)的含氧度、潔凈度和清新度進(jìn)行了A、B、C三個(gè)等級(jí)的劃定。上世紀(jì)末健康逐漸成為全球空調(diào)的新趨勢。但由于空調(diào)健康標(biāo)準(zhǔn)的缺失和廠家健康技術(shù)的參差不齊,1998年至今,層出不窮的健康空調(diào)令消費(fèi)者如墜云霧,其偽難辨。我國空調(diào)健康標(biāo)準(zhǔn)的空白也令健康空調(diào)的發(fā)展陷入一個(gè)徘徊不前的尷尬局面。中標(biāo)協(xié)理事長李忠海表示,中國鮮風(fēng)空調(diào)標(biāo)準(zhǔn)是從消費(fèi)者的需求出發(fā),從室內(nèi)空氣含氧度、潔凈度和清新度三方面對(duì)健康空調(diào)的效果進(jìn)行了嚴(yán)格定義,從此不僅讓廠商有標(biāo)可循,消費(fèi)者有據(jù)可依,更讓我國的空調(diào)市場徹底擺脫無序競爭的混亂狀態(tài),快速加入到世界家電強(qiáng)國的健康空調(diào)推廣普及行列。海爾