摘　要：本文闡述了水環(huán)熱泵的工作原理及空調(diào)系統(tǒng)特點，分析了水環(huán)熱泵的應(yīng)用范圍，介紹了土壤源水環(huán)熱泵在空調(diào)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水環(huán)熱泵， 土壤源水環(huán)熱泵， 環(huán)保 ，節(jié)能 ，應(yīng)用

0.前言

隨著人們生活水平提高，消費用電量也大量提高。尤其空調(diào)系統(tǒng)用電量在建筑用電中占有不小的比重。為緩解能源危機，21世紀(jì)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為社會發(fā)展的必然趨勢。水環(huán)熱泵結(jié)合淺層地?zé)崮艿耐寥涝此h(huán)熱泵技術(shù)得到了較快的發(fā)展，其不僅進一步提高了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的性能，也擴大了水環(huán)熱泵的適應(yīng)范圍，是今后水環(huán)熱泵技術(shù)的發(fā)展方向。

1.土壤源水環(huán)熱泵的工作原理

系統(tǒng)工作：

夏季：水環(huán)熱泵處于制冷狀態(tài)，水環(huán)路吸收的熱量經(jīng)過循環(huán)水泵去冷卻塔和地埋管將熱量放散到大氣和土壤中。

冬季：外區(qū)水環(huán)熱泵向水系統(tǒng)吸熱，內(nèi)區(qū)水環(huán)熱泵可能向水系統(tǒng)放熱或吸熱，混合后的環(huán)路水需去土壤取熱量后再次流向水環(huán)熱泵。

2.土壤源水環(huán)熱泵的特點

2.1回收余熱、節(jié)能

土壤源水環(huán)熱泵是通過一個循環(huán)水系統(tǒng)將不同區(qū)域的各機組有效地組織起來，冬季會把有的區(qū)域熱量轉(zhuǎn)移到另外需要熱量的地方，從而達到回收余熱、節(jié)能的目的。

2.2靈活性

安裝的靈活性?？梢哉麠澊髽且淮瓮瓿砂惭b或者根據(jù)大樓的租住情況部分安裝使用。

運行、管理的靈活性。水環(huán)熱泵用戶可以按照戶、層、樓、區(qū)域等運行并收取運行費用，不同區(qū)域設(shè)備故障檢修時并不影響其他區(qū)域使用。

調(diào)節(jié)的靈活性。水環(huán)熱泵可滿足同時供冷和供熱要求的場合，達到四管制風(fēng)機盤管系統(tǒng)的效果。

2.3水環(huán)熱泵系統(tǒng)的主機房占地面積較常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)要小很多。

2.4地埋管水環(huán)熱泵系統(tǒng)冬季運行工況穩(wěn)定，沒有以往風(fēng)冷熱泵的容霜問題，也沒有供熱鍋爐方面的大氣污染物排放問題，設(shè)備效率較高。

2.5系統(tǒng)設(shè)備分散，維修量稍大，系統(tǒng)投資稍多，應(yīng)根據(jù)具體工程情況選用。

3.土壤源水環(huán)熱泵的應(yīng)用范圍

土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用在有內(nèi)外區(qū)的地方時節(jié)能效果顯著;或需要獨立計量控制的項目;無法實現(xiàn)井水回灌、不好設(shè)置鍋爐房等輔助設(shè)備機房的項目;還很適合同時供冷和供熱的場所，可以替代常規(guī)四管制空調(diào)系統(tǒng)。

4.水環(huán)熱泵結(jié)合地埋管的空調(diào)系統(tǒng)工程實例

4.1工程概況

工程位于浙江省，總建筑面積18萬m2。地下二層，汽車庫、商業(yè)和設(shè)備用房。地上3棟高層辦公樓，A樓B樓C樓，每棟26層，高度分別為90.6m;裙房為四層，分別為D樓E樓F樓，功能為辦公、報告廳、餐廳，總高度22.2m?？照{(diào)建筑面積近13萬平米。

4.2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

本工程選用的是土壤源水環(huán)熱泵系統(tǒng)，主要考慮因素為以下幾點：

① 業(yè)主提出A樓B樓C樓為分層出租辦公樓，每層電量核算、使用要靈活。

② D樓E樓F樓為人員比較密集的場所，單層面積都超過2000m2，進深較大，近40~50m，存在較大內(nèi)區(qū)，比較適合水環(huán)熱泵系統(tǒng)。

③ 整個建筑比較緊湊，難以選用合適的鍋爐房位置及泄爆口、煙囪位置。

④空調(diào)使用時不受室外環(huán)境溫度影響太大，保證冬季供暖的舒適性。

4.2.2空調(diào)水系統(tǒng)原理簡圖

4.2.3空調(diào)冷熱源

經(jīng)計算，夏季空調(diào)總冷負(fù)荷19624KW，總熱負(fù)荷10267KW?？照{(diào)總冷指標(biāo)149W/m2，總熱指標(biāo)79W/m2。

空調(diào)冷熱源由水環(huán)熱泵提供，分體水環(huán)熱泵主機設(shè)置于走道或噪音要求不高區(qū)域吊頂內(nèi)，整體式水環(huán)熱泵置于空調(diào)機房內(nèi)。水環(huán)熱泵釋放的熱量夏季由閉式冷卻塔和地埋管系統(tǒng)承擔(dān)，冬季吸收的熱量由地埋管系統(tǒng)承擔(dān)。

4.2.4空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

① 辦公、行政中心等小開間區(qū)域采用分體水環(huán)熱泵機組，新風(fēng)采用全熱交換式換氣機。展廳、行政中心等大開間區(qū)域采用整體機全空氣水環(huán)熱泵機組。

②吊裝在吊頂內(nèi)全熱交換式換氣機組周圍設(shè)置隔聲維護措施。

4.2.5空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

①水系統(tǒng)均為閉式系統(tǒng)。A B C樓分別在地下二層機房內(nèi)設(shè)置板式換熱器構(gòu)成ABC樓用戶側(cè)獨立循環(huán)水系統(tǒng)，解決系統(tǒng)局部壓力過大問題。ABC樓板式換熱器的一次側(cè)與DEF樓、地埋管、閉式冷卻塔構(gòu)成低區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)。由于低區(qū)各系統(tǒng)阻力、流量相差較大，且為了便于進冷卻塔和地埋管系統(tǒng)的水量控制，低區(qū)設(shè)置二級泵系統(tǒng)，地埋管與冷卻塔分別設(shè)置了定流量帶盈虧管的一級泵，ABCDEF各樓各設(shè)置變頻運行的二級泵。

夏季冷卻塔進出水設(shè)計溫度37/32°C，地埋管側(cè)設(shè)計進出水溫度35/30°C，板換一次側(cè)進出水溫度介于(30~32)/(35~37)°C。板換二次側(cè)設(shè)計進出水溫度介于(30~32)+1/(35~37)+1°C。冬季地埋管一次側(cè)設(shè)計進出水溫度15/10°C，板換二次側(cè)設(shè)計進出水溫度9/14°C。

②水環(huán)熱泵系統(tǒng)水平主管路和豎向管路均采用同程式系統(tǒng)。

③為防止系統(tǒng)的水力失調(diào)，在一級集水器的各回水分支處、每棟樓每層進豎井的回水管分支處設(shè)置靜態(tài)平衡閥。

④ 高區(qū)各水系統(tǒng)設(shè)置高位膨脹水箱定壓。低區(qū)水系統(tǒng)在地下二層設(shè)置落地式膨脹水箱定壓。

⑤高區(qū)各水系統(tǒng)設(shè)置高壓自動加藥裝置。低區(qū)水系統(tǒng)為防止系統(tǒng)事故漏水滲漏到土壤污染地下水，水處理采用旁通水處理裝置。

4.2.6地埋管系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計之前由勘察公司對現(xiàn)場進行了勘察，并打了2口測試井，土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)為1.84 W/m·℃，意味著有較強的地下?lián)Q熱能力，適合做地源熱泵系統(tǒng)。地埋管報告結(jié)果如下表：

1#井(井深100m，管徑d25)

制冷模式

埋管深度 m

夏季換熱指標(biāo) W/m井深

夏季單孔散熱量 W

100

64.3

6430

制熱模式

埋管深度 m

冬季換熱指標(biāo) W/m井深

冬季單孔取熱量 W

100

48.2

4820

2#井(井深115m，管徑d32)

制冷模式

埋管深度 m

夏季換熱指標(biāo) W/m井深

夏季單孔散熱量 W

115

67.8

7797

制熱模式

埋管深度 m

冬季換熱指標(biāo) W/m井深

冬季單孔取熱量 W

115

53.6

6164

根據(jù)以上熱響應(yīng)測試報告結(jié)合項目的投資費用，地埋管采用雙U形式并聯(lián)設(shè)計，井深100m，孔間距4m。每根U型管外徑d25。地埋管數(shù)量按照空調(diào)熱負(fù)荷結(jié)合系統(tǒng)運行時發(fā)熱量計算，冬季需向土壤吸熱量接近7200KW,需井總數(shù)1340個，考慮到其它不確定因素留些余量，共設(shè)井?dāng)?shù)1640個。輔助冷源經(jīng)計算選用4臺閉式冷卻塔，置于E樓四層屋頂，每臺循環(huán)水量950m3/h。埋管換熱器分配管采用同程形式，分集水器后總管采用異程式，傳熱介質(zhì)為水。

4.3空調(diào)系統(tǒng)投資

投資項

總投資，萬

地埋管及井

1600

水環(huán)熱泵機組

1830

其它(包括安裝、冷卻塔、水泵、新風(fēng)機等)

3190

投資匯總，萬

6620

5.結(jié)論

土壤源水環(huán)熱泵與常規(guī)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能效果顯著。但由于系統(tǒng)投資較常規(guī)空調(diào)高，對地埋管系統(tǒng)施工質(zhì)量有一定要求，選用施工隊時要考慮隊伍的施工能力，設(shè)計時要根據(jù)勘察資料在有利的自然條件地質(zhì)構(gòu)造下，經(jīng)軟件模擬分析、在有適合條件的前提下選用此系統(tǒng)。

參考文獻

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