地源熱泵技術在工業廠房中央空調系統中的應用

  摘要：長期以來，人們在使用傳統空調的同時也承受著高能耗高成本高環境污染的煎熬，工業企業的重要廠房在使用傳統空調的同時也承受著高成本的巨大壓力。地源熱泵技術用于中央空調系統，產生了巨大的經濟效益和社會效益。該項技術目前已在民用建筑行業得到推廣應用，取得了較好的效果，此技術若能在大型工業企業的重要或精密制造車間中央空調系統中得到推廣應用，將為企業帶來可觀的經濟效益，同時也會帶來良好的社會效益。

 

  關鍵詞：地源熱泵；中央空調系統；工業廠房；技術優勢

 

  大型工業企業的較重要聯合廠房如總裝配車間、發動機裝配車間、精密機械加工及裝配車間等，一般對環境溫度及通風都提出了較高的要求，這對于改善操作者周圍環境、保證產品質量起到了積極的作用。過去一般都采用傳統的工業中央空調系統，冬天對車間進行供熱，夏天對車間供冷氣，以崗位送風的形式實現大型車間空氣調節的目的。采用傳統的中央空調系統，一方面能耗大，企業使用空調的成本壓力很大，另一方面在滿足人們冷熱基本需求的情況下都會產生一定的環境污染。

 

  隨著空調工業的發展，先進的中央空調系統不斷出現，人們對空調的要求也不斷提高。環保、節能、經濟、可靠成為人們共同的追求目標。隨著國際經濟技術合作的不斷深入，地源熱泵中央空調技術進入了我國，并通過了在工程中的成功運用，特別是在民用建筑、大型商場、學校、園藝溫室等得到了推廣應用，得到了空調界人士的認可，成為我國中央空調系統發展的趨勢。地源熱泵中央空調技術體現了節能、環保、經濟、舒適的新理念。美國環境保護局已經宣布，地源熱泵系統是目前可使用的對環境最友好和最有效的供熱、供冷系統。

 

  一、地源熱泵中央空調技術原理

 

  在太陽的照耀下，地殼淺層的水體和巖土體中貯存了大量清潔的可再生能源，稱為淺層地熱能，簡稱地源。

 

  地源熱泵中央空調系統是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內終端系統組成的空調系統。它是一種由雙管路水系統連接起建筑物中的所有地源熱泵機組而構成的封閉環路的中央空調系統。其工作原理是：在冬季，熱泵系統通過埋在地下的封閉管道（稱為環路）從大地收集自然界的熱量，而后由環路中的循環水把熱量帶到室內。再由裝在室內的熱泵機組驅動的壓縮機和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內。在夏季，此運行程序則相反，熱泵機組從室內吸收熱量并轉移釋放到地源中，實現建筑物空調制冷。

 

  二、地源熱泵中央空調系統的技術優勢

 

  地源熱泵系統能充分利用蘊藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環再生，實現對建筑物的供暖和制冷，因而運行費用較低。

 

  地源熱泵比風冷熱泵節能40%，比電采暖節能70%。比燃氣爐效率提高48%。所需制冷劑比一般熱泵空調減少50%。

 

  地源熱泵系統運動部件要比常規系統少，因而減少維護，系統安裝在室內，不暴露在風雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。

 

  地源熱泵系統在運行中無需燃燒，因此不會產生有毒氣體，也不會發生爆炸。

 

  因此，地源熱泵中央空調系統與傳統的中央空調系統相比具有高效節能、環保清潔、舒適低噪、一機多用、節省空間、安全可靠、控制簡單、維護費用低等諸多優勢。

 

  三、地源熱泵中央空調系統的構成及分類

 

  系統一般由模塊式地源熱泵機組、循環水泵、地下埋管環路和室內末端系統等組成，如圖2所示：

 

  [圖片]

 

  根據利用地熱源的種類和方式不同一般分為以下三類：土壤源熱泵系統、地下水熱泵系統、地表水熱泵系統。

 

  四、地源熱泵中央空調系統的應用前景

 

  地源熱泵是一種利用低位能源（空氣、土地、水、太陽能、工業廢熱等）代替高位能源（煤、石油、電能等）以實現節能目的的高新技術。由于其所具備的高熱能轉換效率（1∶4），無污染，運行成本低，便于物業管理，系統使用壽命長等特點，備受世界能源、環保組織和發達國家推崇，并被市場廣泛接受。在美國，1985年只有14000臺水/地源熱泵，1999年末統計，已安裝了400000臺。水/地源熱泵系統已占空調總保有量的20%，其中新建筑中占30%。由此可降低溫室氣體1百萬噸，相當于減少50萬輛汽車的污染物排放，年節約能源費用達4.2億美元。在西歐、北歐，據1999年統計，水/地源熱泵在新建房屋中的利用率，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

 

  當前，中國面臨著巨大的能源及環保壓力。中國經濟在保持較高速度增長的同時，必須考慮環保和可持續發展問題。所以要求提高能源利用率，要求能源結構調整。國家建設部1999年提出在10年內建筑節能效率要在現有基礎上提高50%；北京市政府已明令在四環以內，撤掉所有燃煤鍋爐，改造建筑取暖方式，使用清潔能源。我國目前集中供暖單位建筑面積平均能耗是氣候相近發達國家的2～3倍。

 

  今年來，我國住宅空調安裝率迅速增長。上海居民住宅空調擁有率已超過60%，北京34%，城鎮居民擁有率20%，空調成為冰箱、彩電后普及的又一種主要家電。這樣，對于黃河、長江中下游地區的城市，住宅環境就不再僅僅是采暖問題，而是要滿足統一考慮空調需求的綜合性問題。為此，采用具有很多優勢的地源熱泵技術將滿足這種需求，成為最具競爭力的建筑空調方式。

 

  五、地源熱泵中央空調系統在大型工業廠房中應用的可能性

 

  工業廠房特別是大型聯合廠房，一般情況下其廠房面積和容積都很大。使用傳統的采暖或空調系統，無論利用燃煤，燃氣還是電能方法實現，耗能都很大。同時還伴隨著環境的嚴重污染。僅采暖或空調成本一項，一般的企業都很難忍受，而不得不采用限時或限量的方法加以控制使用，從而達到有限的降低企業成本的目的。但采用限時或限量的方法控制使用，往往根本達不到采暖或空調的效果。地源熱泵技術在民用建筑中央空調系統上的成功應用，也為該技術在工業廠房系統中的應用與推廣帶來了希望和可能性。

 

  根據地源熱泵中央空調系統的結構特點可知，其空調機組和使用終端與傳統空調系統基本相同，設備安裝、使用特點亦相同。只有地下埋管環路系統的設計、施工及安裝具有其鮮明的特點。一般要經過地質勘探、熱泵形式的確定、地下負荷計算、地下換熱系統的設計如確定井的數目及間距、豎井埋管管長、管材及管徑的確定、打井或挖溝、埋管施工等過程。

 

  近年來，隨著地源熱泵中央空調技術的推廣應用，一些集地源熱泵中央空調系統的設計、系統施工的科技公司應運而生。這些專業公司在國內成功地建設了很多如大型商場、學校、園藝溫室、居民區的地源熱泵中央空調系統。在工業廠房建設地源熱泵中央空調系統也有成功案例。因此，在大型工業廠房中推廣使用地源熱泵中央空調技術是可行的。

 

  六、結語

 

  地源熱泵空調技術在發達國家已經有了幾十年成功應用的歷史，我國引進并成功應用此項技術也有二十多年的歷史。近幾年，隨著我國經濟的不斷發展，能源需求以及環境保護的要求越來越多地引起社會的廣泛關注以及政府的高度重視。工業企業節能降耗、最大限度地降低生產成本，已經成為我國企業促進發展的核心問題。據統計，我國建筑能耗占全社會終端能耗的21%，因此建筑節能具有巨大的經濟潛力和社會效益。而地源熱泵中央空調技術作為環保、節能、經濟、可靠的成熟技術在建筑節能領域有著舉足輕重的地位。因此大力推廣地源熱泵空調技術在工業廠房空調系統中的應用有著現實和長遠的意義。