家用小型中央空调应用地源热泵技术的研究

　　随着生活水平的不断提高,空调设备使用日益广泛，能源问题、环保问题一直困扰人。如何使空调系统更好得环保、节能成了当前空调行业最突出的问题。结合国内外空调设备及能源的研究状况，作者认为地源热泵技术应该成为空调系统环保与节能新的研究方向；如果将地源热泵技术应用于家用小型中央空调，应用地源作为空调冷热源，会有着很好的应用前景。
　　1．地源热泵的应用原理
　　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，其工作过程具体为，夏季制冷工况下，将系统冷凝器排出的热量释放到大地，将大地作为排热场所，把空调房间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移动将热量扩散。在地源热泵系统中，由于冬季制热工况下从大地中获取的热量可在夏季制冷时得到补偿，因而地层的总热量基本维持平衡，因此热泵系统冷热源比较稳定。
　　2．地源热泵应用于家用小型中央空调的技术性、经济性分析
　　2.1技术分析：地源热泵系统可制热、制冷，还可供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉加制冷机组的两套装置或系统。地表浅层热能是一种可再生能源，它相当于一个巨大的太阳能集热器，收集了约47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多[11]。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]。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，另由于机房面积较小，故可节省建筑面积。
　　2.2经济分析
　　2.2.1从单纯的制热角度分析：传统锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料燃烧后产生的热量供用户使用，而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。
　　2.2.2.地源热泵的热源温度（地层）全年较为稳定，一般为9～26℃，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%[13]。
　　2.2.3运行费用分析：
　　以国内大多数城市的物价水平-天然气价2.0元/m3、电0.5元/kWh来比较。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=0.5(元/Kwh)×W=0.5×2.4=1.2(元)
　　而1m3的天然气费用=2.0(元)
　　因此，用地热热泵供暖（热）可减少运行费用：
　　y=(2.0-1.2)/2=40%
　　2.3工程实例投资及经济性对比分析：
　　现在通过实例来比较以地源为冷热源与常规冷热源的家用小型中央空调的经济性比较：
　　项目名称：天津市汐岸国际别墅地源热泵空调系统项目
　　建筑类型：别墅住宅（独栋）
　　建筑占地：90平方米
　　建筑面积：242平方米
　　空调面积：189平方米
　　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）
　　冷水机组加市政供热 8.5 1.7
　　地源热泵冷暖空调系统 10.1 0.8
　　通过上述分析可以看出，将地源热泵应用于家用小型中央空调中，有以下一些特点：
　　(1)从经济性方面考虑，设备的初投资较大，但是地源热泵系统能耗少，机组性能系数高，节能效果明显。
　　(2)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。
　　(3)地源热泵不对使用地产生噪声污染、热污染等特点，埋地换热盘管可布置在建筑物花园、草坪及周边的地下，地层的总热量基本维持平衡，对环境保护有利符合可持续发展的要求。
　　3总结
　　在我国长江以南地区一般居住建筑均无集中供热系统供暖，其气候特点是夏季炎热，湿度大；冬季阴冷潮湿。缺少动态特性研究等方面的不足，但是随着科技的不断进步这些问题都将得到解决。
　　总之，将地源热泵技术应用于家用小型中央空调的技术满足空调行业的节能、环保的发展趋势，且具有很强的可行性。随着地源热泵技术研究的不断发展，必然会对能源的科学、合理利用起到很好的促进作用。
　　参考文献
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　　2.张旭.同济大学.土壤源热泵的实验及相关基础理论研究.《现代空调》第三期
　　3.丁勇、刘宪英等.重庆大学城市建设与环境工程学院.地热源热泵系统的实验研究综述.《现代空调》2001年第3期.12-32
　　4.袁伟峰、赵军、朱强.天津大学.供暖用土壤源热泵系统.《节能》2002年第1期
　　5.陈霖忠.清华同方人工环境有限公司杭州办事处.户式中央空调未来需求状况.《制冷空调与电力机械》2001第3期.44-45
　　6.刁永飞、伍贻文.上海理工大学张小力.联合开利空调有限公司.地源热泵的优越性及前景展望.《能源研究与信息》第1期.33-37
　　7.雷海燕译，李汉炎校.日本应用地源热泵的可行性研究.《地热能》2003年第1期.15-20
　　8.黄奕坛、陈光明、张玲.浙江大学制冷与低温研究所.地源热泵研究与应用现状.《制冷空调电力机械》2003年第1期.6-10
　　9.寿青云、陈汝东．高效节能的空调技术．《节能》[J]200l年第l期.41－43
　　10.许淑惠、邢云绯.北京建筑工程学院城建系.地源热泵一供热空调特性及技术经济分析.《北京建筑工程学院学报》第18卷第4期.26-29
　　11.物价信息数据库.www.cpn.gov.cn（北京市物价局网站）
　　12.美国土一气型地源热泵技术在健康住宅中的应用.《供热制冷》2003年6月刊.113-114
　　13.徐伟等译.郎四维校.《地源热泵工程技术指南.中国建筑工业出版社

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