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山东宏力空调设备有限公司 王兵阳
摘 要：本文主要介绍了黄河宾馆地源热泵空调系统的设计及使用情况。
关键词：地热 能源 环境 外观 节能 舒适
当今世界，环境恶化和能源短缺，已成为世人极为关注的两大问题，世界各国在寻找新型能源和环保途径的同时，都在大力开发环保节能的新型设备，以保护我们日益恶化的生存环境。在这种背景下，热泵技术得到了迅速发展。地源热泵技术作为一种新型的环保节能技术，受到各界人士的重视，正在大力推广。本文介绍的是菏泽市东明县黄河宾馆地源热泵空调系统的设计及使用情况。
1、工程概况:
该工程位于菏泽市东明县黄河下游地区，总建筑面积2368m2，共五层，主要功能为餐饮、客房。投资方为东明黄河大桥收费管理处。要求空调系统夏天制冷，冬季供暖，并且能够提供卫生热水。
2、设计依据：
（1）甲方提供的建筑底图和行业有关规程、规范
（2）地质勘测部门提供的相关地质、水文资料
（3）暖通、空调行业相关规范、技术手册
3、设计参数
3.1室外：
4、地源热泵系统设计
4.1 空调冷热负荷
一般建筑中存在着不同时使用的情况，系数可设为0.8，总冷负荷应为计算冷负荷与不同时使用系数的乘积。则可以确定：
夏天总冷负荷为221kW。
冬天总热负荷为143kW。
4.2 生活热水热负荷：
本建筑的生活热水，主要是供应客房全天24小时的需要，另外快餐厅、卫生间也需要一定的卫生热水。经过计算，50℃的生活热水需要量为10.24吨/天。酒店的生活热水高峰负荷为1.59×2=3.18吨/小时。取最恶劣工况生活热水补水温度为10℃，则生活热水高峰热负荷为
3.18×1000×（50-10）=127200Kcal/h=147kW
4.3 系统设计
地源热泵通过地下埋管（闭环地热换热器）利用循环介质将土壤或地下水中的能量收集起来，采用逆卡诺循环工作原理，进行能量转换，夏季地下循环介质进入冷凝器，作为冷却水，机组制取冷媒水，实现供冷需要；冬季地下循环介质进入蒸发器，机组吸收循环介质中的热量制取热媒水，实现供热需要。并提供卫生热水。根据工程现场情况，地下埋管可以水平安装，也可以垂直安装。在提供舒适环境的同时，实现低能耗，低噪音，无污染，不影响建筑物的外观。
该工程共选用两台机组，其中一台DM-40QR供空调用，一台DM-30QR供卫生热水用。共钻孔30眼，井径Ф120mm，深100m，孔间距5m,孔内安放单U形管，共埋管4800m，管材选用PE-3407，管径Ф32mm，垂直管路用水平管道连接，并通过循环水泵与热泵机组连接，形成一个闭式环路，从地下吸取能量，制冷、制热并提供卫生热水。
4.4 地源热泵空调机房设计
地源热泵机组在设计时，首先应确定机组供热与供冷的切换方式。冷热切换方式分机组内切换和外切换。机组内切换是通过机组内的四通换向阀调整制冷剂的循环方向，从而实现冷凝器与蒸发器的转换。机组外切换是通过机组外水系统的阀门开关，使制冷时空调循环水进入蒸发器，地源水进水冷凝器；制热时空调循环水通过阀门切换进入冷凝器，而地源水进入蒸发器。机组外切换方式由于省去了四通换向阀等制冷部件，而且冬夏仅切换1次，系统运行可靠性高，操作简单，因此是大多数产品的主要切换方式。
该工程地源热泵机组采用外切换方式，水系统阀门增多，管道复杂，在设计中明确标明阀门的作用，管道系统简洁明了，阀门选用为可靠、易操作的优质产品。地源热泵空调系统的自动控制把循环水泵、地源水泵的运行控制与地源热泵联锁实现整个机房系统的“一键开机、一键关机”。该系统自投入运转以来，一直运行良好，博得了用户的好评。
5、地源热泵系统的特点
5.1地源热泵空调系统经济性分析
水源热泵的技术经济性是由多方面来确定的，它与利用固体或气体、液体燃料的锅炉房相比，显然具有以下优点：
(1)运行附加费用低，原因是：
A.热泵装置不需要燃料输运费用、保管费用、场地费用。
B.检修周期长，因锅炉设备与高温烟气接触，构件易受损。
C.管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支。
D.没有任何环境污染。
(2)运行直接费用主要为电力，与其他形式空调系统相比运行费低。
(3)地源热泵空调系统初投资并不比其他形式空调系统高很多。
5.2地源热泵与能源价格的关系
设电价X与燃料价格比为m，以J表示实际耗能的价格比。
J= X/ηh X/ηb = mηbηh =0.82m
式中ηb—供热锅炉的效率，一般为0.7；
ηh—热泵电机机械效率，一般为0.85。
若热泵的制热系数为ξh，则只有在ξh≥J时，用户获得相同热量，而能源费用相等。电价0.6元/度、煤价0.35元/kg时，m=2.34，则热泵供热系数应大于2.92，才使用户不吃亏。经测算，该地源热泵空调系统供热系数为3.9～4.5，所以用户受益很大。
据测算，地源热泵系统可在3年内收回增加的初投资。由于地源热泵的地下换热器采用高强度惰性材料，埋地寿命至少50年，与建筑的使用寿命几乎相当。因此，从使用寿命和运行费用来考虑，地源热泵系统的经济性是高于传统的空调系统的。
6、结论
作为一项结合土壤环境学、钻探、热交换、制冷、暖通空调等多学科知识的技术，影响地源热泵系统的因素是多方面的。其关键技术是土壤环境性能的研究和制冷系统的合理配置。
（1）土壤的性能研究
地源热泵系统的性能与土壤性能是紧密相关的，土壤环境中热源的最佳间隔和深度取决于土壤的热性质和气象条件，并且是随地点而变化的。研究地源热泵所应用地区的土壤环境温度和热流性质是地源热泵系统成功使用的前提，也是进行地源热泵方案设计的基础。土壤的性能研究主要包括土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传温和环境对土壤热工性能的影响等。
（2）地源热泵系统配置的研究
目前，山东宏力空调设备有限公司与国家制冷设备检验中心合作，建立了国家级地源热泵系统的实验装置并以此为基础对地源热泵空调系统进行性能研究，并取得了非常大的进展。 
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