淺談地源熱泵、水蓄冷係統工程應用實例
經驗實踐
作者：何君雷
【摘 要】 本文結合工程實例介紹節能環保型空調技術在工程中的應用，並淺析地源熱泵、水蓄冷空調係統的節能、環保原理。
【關鍵詞】 節能；環保；空調係統；地源熱泵；水蓄冷
【中圖分類號】 TU111.3 【文獻標識碼】 D 【文章編號】 1727-5123（2013）06-100-02
隨著我國國民經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對生活及工作環境的要求也在不斷提高。現如今空調技術已成為現代化建築不可或缺的元素，又因當今人類麵臨能源短缺、環境汙染兩大難題，因此選用節能環保的空調係統尤為重要，其將帶來一定的社會效益與經濟效益。本文結合具體工程實例，簡單介紹地源熱泵、水蓄冷節能環保型空調係統在工程中的應用。
1 項目簡介
某工程總建築麵積48128m2，其中地下一層，地上七層，夏季空調總冷負荷為5015KW，冬季總熱負荷為3042KW。該工程館藏數量100萬卷以上屬於甲級檔案館，其空調係統按一類省級檔案館標準進行設計。
該工程積極響應國家關於節能減排政策的號召采用可再生、環保的地球淺層地熱能資源作為空調係統的冷熱源。通過地源熱泵冷熱水機組、螺杆式冷水機組加冷卻塔及水蓄冷係統實現供熱與製冷的目的。
2 空調係統
2.1 地源熱泵。地源熱泵是一種利用淺層地熱能源的既可供熱又可製冷的高效節能係統，其通過輸入少量的高品位能來實現由低品位熱能向高品位能的轉移。因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，相當於人類每年利用能量的500多倍，且其不受地域、資源限製，通過利用這種儲存於地表淺層近乎無限的地熱能使得地源熱泵成為一種可再生能源利用技術。
根據地熱能交換係統形式的不同，地源熱泵係統分為地埋管地源熱泵係統、地下水地源熱泵係統和地表水地源熱泵係統。本工程選用了地埋管地源熱泵係統，為防止地源熱泵長年運行導致土壤得失熱量失衡，從而影響地源熱泵使用效率，該工程以冬季熱負荷作為地埋管設計依據，夏季多餘熱量通過冷卻塔散去。同時根據《江蘇省檔案館遷建工程土壤源熱泵熱效應測試報告》、工程現場條件及工程成本江蘇省檔案館地埋管采用鑽孔埋管與樁基埋管相結合的複合係統，共設地埋管793組：其中鑽孔埋管510組，埋管有效深度58m，樁基埋管283組，利用樁基深度為60m。
因地球淺層土壤溫度全年相對穩定，所以地源熱泵機組運行穩定、可靠，整個係統的維修費用也相對較少。同時夏季土壤溫度比環境空氣溫度低，冬季土壤溫度比環境空氣溫度高，使得地源熱泵機組製冷劑夏季冷凝溫度相對較低、冬季蒸發溫度相對較高，從而使得機組運行高效、節能，運行成本低。地源熱泵近年來之所以發展如此迅猛，除受國家、地方相關政策的推動外，主要還得歸功於其可再生、高效節能、運行成本及維修費用低的特性。地埋管地源熱泵空調係統與常規中央空調係統相比在運行費用方麵存在明顯優勢，然而初投資費用高成了其普及路上的絆腳石。地埋管地源熱泵空調係統初投資高主要原因有：①現場勘查不詳細可能導致設計時預留量過大，從而引起初投資增加。現場勘查在地源熱泵係統設計施工中是最重要的一個的環節，現場勘查的結果是判斷地源熱泵係統的經濟性的主要依據，同時現場勘查的仔細與否是影響地源熱泵係統初投資的主要原因之一。現場勘查主要兩方麵的含義，一是現場狀況的調查，二是地質勘查。地質勘查的主要目的是確定地下換熱器每延米的換熱量以及地源孔施工的難易程度，從而確定地下換熱器的大小、地源熱泵係統室外埋管部分的施工工藝及預期工期。如果現場情況調查不清楚，就可能會給設計以及將來施工帶來困難，以往實驗表明，地下換熱器單位孔深的換熱量為40～70W/M，範圍較大，為規避風險，一般設計會根據經驗取最不利工況設計，地下換熱器總長度設計過大，由此引起的材料費和安裝費用較高，導致地源熱泵係統初投資將明顯高於其它空調係統。②施工管理不嚴格導致初投資過高，因為地下換熱器與土壤之間的換熱主要依靠地埋管和土壤之間的導熱，因此地源熱泵室外地埋管施工工藝和施工管理質量直接影響地下換熱器的運行性能，然而往往施工過程中未嚴格按照施工工藝進行，導致地埋管成孔率低。③鑽孔成本相對較高。