地源热泵应用于户式中央空调的前景展望

（广东志高空调有限公司，广东，佛山，周积芳 张克龙 ）

［摘要］

　　地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，为实现空调系统节能、环保的需要应运而生。文章通过技术性、经济性和工程实例的分析，论述了地源热泵应用于户式空调的可行性，并针对空调行业各需求元素对其前景进行展望。

　　The ground source heat pump air conditioner is a kind of energy-efficient air conditioner system that can both heat and be refrigerated which utilizes simple layer of geothermal resources of underground , In order to realize energy-conservation and environmental protection of air conditioner. Article through technology, economize and analysis of project, expound the fact ground source heat pump apply households of feasibility, and look forward to its prospect to every demand element of air conditioner.

    步入21世纪，人们对生活品质要求不断提高，住宅面积不断扩大，家用空调器也向着大功率、舒适、节能、美观豪华的趋势发展，普通房间空调器已经不能更充分、更完全地满足市场需要了。带有新风系统的户式中央空调正在代替普通的房间空调器，该项技术技术已经取得了突破性进展，因此具有相当可观的潜力和应用前景，并将成为21世纪我国空调产业发展的趋势。

　　然而，随着空调设备使用的日益广泛，一直困扰人们的能源问题、环保问题显得更为突出。比如在上海, 日常生活中，空调用电量占到总用电量的40％，特别在大型商业和办公用建筑中占到总用电量的1/3以上。今年夏天，因电力严重不足而造成外滩的照明工程一度中断，这与夏季人们长时间运行空调不无关系。可见能源形势的严峻已经直接影响到了人们的生活。

　　因此，如何实现空调系统更好的节能、环保成了当前空调行业最关心的一个课题，随着人民生活水平的提高而出现的一种新概念空调――户式中央空调。结合国内外空调设备及空调能源的研究状况，如果应用地源热泵作为其冷热源，地源热泵技术将会为空调的节能与环保提供一个更为广泛的发展方向。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。　

 

 

      地源热泵系统工作原理如图1所示，“热泵”二字说明它是热泵的一种，具有热泵的共同特点，其工作过程具体如下，夏季制冷时，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机耗能通过埋地盘管排入大地中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。冬季供热时，大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。两个换热器都即可作冷凝器又可作蒸发器，只因季节不同而功能不同。在地源热泵系统中，由于冬季从大地中取出的热量可在夏季得到补偿，因而可使大地的热量基本维持平衡。

　　有许多地源热泵系统正在全世界广泛使用，特别是在美国、瑞士和北欧。装机数量约为：美国300000台，瑞士20000台，北欧30000台。在瑞士和北欧，地源热泵系统大部分用于单个家庭住房；而在美国许多热泵系统应用于大型建筑。国内许多科研院所也已经开展了不同程度的研究，地源热泵的技术已经距离实用化非常近，并且采用深井水为热源的地源热泵技术已经在应用。

　　地源热泵作为一种非常重要的可再生能源，具有节能和环保的双重效益，国际上已经将地下蓄热技术和高效热泵同时列入21世纪最有发展前途的新技术。

　　与其他能源利用技术相比地源热泵具有一下优势：

　 （1）.属再生能源利用技术　地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。

　　（2）.属经济有效的节能技术　地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气高，夏季比环境空气低，这种温度特性使之比传统空调系统运行效率要高40%，节能和节省运行费用40%左右。

　　（3）环境效益显著　　地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施，节能减排会更明显^[12]。

　　（4）一机多用，应用范围广　地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

　　（5）节省空间　可以埋在地下，不必大面积开挖，不占用地面的空间，上面可以种上花草。对于目前新兴的花园式别墅，花园式小区楼宇及花园式建筑有非常好的实用性，并且由于其地面机房所需面积很小，故其对建筑面积节省的特点对当前建筑宝贵的面积来说无疑是一大福音。

　（1）与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量。
　（2）.地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60%。

运行费用分析：

　　以北京市的物价水平-天然气价1.90元/m³、电0.44元/kWh来比较^[14]。如果利用天然气来采暖，天然气热值为33500kJ/m³，利用热效率90%计，则燃烧1m³可以获得热量为：Q=33500×0.9=30150kJ。

　　如果使用地热热泵，取COP=3.5，则获得同样的热量需要耗电量为：

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

　　费用比较可知：

　　热泵供暖电费=0.44(元/Kwh)×W=0.44×2.4=1.056(元)

　　而1m³的天然气费用=1.90(元)

　　因此，用地热热泵供暖（热）可减少运行费用：

　　y=(1.9-1.056)/1.9=44.4%

　　现在再来通过实例来比较以地源热泵为冷热源与常规冷热源的户式中央空调的经济性比较：

　　项目名称：驻马店市西平县财会核算管理中心
　　项目地址：驻马店市西平县
　　建筑类型：综合办公楼
　　建筑结构：砖混结构
　　建筑面积：5100平方米
　　空调面积：4050平方米

表1 投资及经济性对比分析

系统类型	总投资（万元）	年运行费用（万元）	年节约运行费用（万元）	节约率
冷水机组加市政管网供热	91.4	33.2	0	0
地源热泵冷暖空调系统	10.2	15.3	17.9	54％

　　通过上述分析可以看出，将地源热泵应用于户式中央空调中，有以下一些特点：

　　(1) 从经济性方面考虑，设备的初投资较大，但是，地源热泵在夏季可以做空调冷源，冬季可以做供热的热源，因此兼用制冷的热泵系统与纯采暖相比的年运行费要明显降低。而且，地源热泵系统能耗少，机组性能系数高，节能效果明显。

　　(2) 从环保的角度考虑，地源热泵有不对使用地产生大气污染、噪声污染、热污染等优点，并且埋地换热器可布置在别墅区的花园、草坪或是建筑物周围的地下，而不占地上建筑面积，对环境保护有利，是一种“绿色空调”，符合可持续发展的要求。

　　(3) 从工程技术方面考虑，对于别墅区，建筑物周围空间较大，铺设埋管较容易，所以较适合使用地源热泵系统。

　　(4) 从操作运行角度来考虑，地源热泵系统操作要比普通制冷机组简单方便。

　　尽管地源热泵的应用还存在诸如其区域性较强；初投资较高；缺少针对土壤热特物性参数的研究成果；缺少最佳匹配参数；缺少动态特性研究等方面的不足，但是随着科技的进步和工程技术人员的不懈努力这些问题都将得到很好的解决。

　　在我国夏热冬冷地区及寒冷地区利用地源热泵可实现夏冬两季冷暖联供，其中最有利的地区是夏热冬冷地区。这个地区年平均温度高，一般居住建筑均无集中供热系统供暖，而其气候特点是夏季炎热，湿度大；冬季阴冷潮湿，属我国居住热环境质量最差的地区之一。该地区夏季供冷冬季供暖天数相当，同一地区地源热泵系统进行空调可以充分发挥地下蓄能系统的作用。如果在这些地区大力发展地源热泵空调系统技术，必将大大改善当地人民的居住热环境，为国家节约大量的建筑能耗。

　　如果按空调的制冷或制热面积来计算空调的价格，户式中央空调的价格应远比中央空调的价格便宜，但和普通空调比起来又略高一些，不过其价格又在人们的承受能力之内，而且户式中央空调的性能不逊于中央空调，豪华舒适性也优于普通家用空调，室外机只有一台，可以选择安装在住房楼顶或者其它隐蔽性的地方，丝毫不影响楼房的外观。

　　总之，将地源热泵技术应用于户式中央空调的技术可以满足于新世纪空调的发展需要，并且具有很强的可行性，是一种需要大力发展的新型能源利用技术。随着地源热泵应用于户式中央空调技术研究的进展，必然会对我国能源的科学利用起到良好的促进作用。

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