地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其在武漢地區(qū)的應(yīng)用

　　摘要：地源熱泵是一項新興的節(jié)能環(huán)保、可再生能源利用技術(shù),本文回顧了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展和應(yīng)用情況,介紹了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在湖北武漢地區(qū)的工程應(yīng)用實例,并就地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和實際工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問題進行了闡述和探討。

　　關(guān)鍵詞：地源熱泵節(jié)能工程應(yīng)用

　　1 地源熱泵應(yīng)用概況

　　地源熱泵(GSHPS)是一個廣義的術(shù)語，它包括了使用土壤、地下水和地表水作為熱源和熱匯的系統(tǒng)，即地下耦合熱泵系統(tǒng)(ground-coupled heat pump systems, GCHPS)，也叫地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)(ground heat exchanger);地下水熱泵系統(tǒng)groundwater heat pumps, GWHPS);地表水熱泵系統(tǒng)(surface water heat pumps, SWHPS)。

　　1.1 國外發(fā)展情況

　　地源熱泵系統(tǒng)由于采用的是可再生的地?zé)崮埽虼吮环Q之為：一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的21世紀的技術(shù)。這項起始于1912年的技術(shù)(瑞士提出的一個專利，該技術(shù)的應(yīng)用始于英、美兩國)，美國從1946年開始對GSHP系統(tǒng)進行了十二個主要項目的研究，如地下盤管的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、管材對熱泵性能的影響等。并在俄勒岡州的波特蘭市中心區(qū)安裝了美國第一臺地源熱泵系統(tǒng)。

　　特別是近十年來地源熱泵在歐美工業(yè)發(fā)達國家取得了迅速的發(fā)展，已成為一項成熟的應(yīng)用技術(shù)。到2000年底，美國有超過40萬臺地源熱泵系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中使用，每年約提供8000~11000Gwh的終端能量。

　　地源熱源在工程上的應(yīng)用主要為地下耦合熱泵系統(tǒng)(GCHPS)和地下水熱泵系統(tǒng)(GWHPS)、地表水熱泵系統(tǒng)(SWHPS)。

　　1.2 國內(nèi)發(fā)展應(yīng)用情況

　　1.2.1能源消費現(xiàn)狀

　　到2040年，我國一次能源的總消費量將達38.6億噸標準煤，是現(xiàn)在能源消費量的3倍。而到本世紀末，國內(nèi)每年z*多可供應(yīng)的一次能源生產(chǎn)量為32億噸標準煤。因此，我國今后較長期的能源消費年均增長率應(yīng)控制在2.5%左右，直到2040年能源消費實現(xiàn)零增長目標。

　　我國已探明的能源總體儲量，煤炭儲量約占世界儲量的11%，原油占2.4%，天然氣僅占1.2%，我國人口約占世界人口的20%，人均能源占有量不到世界平均水平的一半。我國是煤炭大國，但世界七大煤炭大國中其余六國的的儲量比都在200年以上，只有我國的儲量不足百年。石油的儲量比為四十年，并且中國石油、天然氣的平均豐度值也僅為世界平均水平的57%和45%。

　　面對如此嚴峻的能源形勢，國家總的能源政策還是節(jié)能和新能源開發(fā)、再生能源利用并重，因此，地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用在我國具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展前景。

　　1.2.2地源熱泵應(yīng)用情況

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括兩大部分：一是建筑物內(nèi)的水環(huán)路空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計;二是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下部分的設(shè)計，即地下耦合熱泵系統(tǒng)的地下熱交換器、地表水熱泵系統(tǒng)的地表水熱交換器、地下水熱泵系統(tǒng)的水井系統(tǒng)的設(shè)計。

　　地下耦合熱泵系統(tǒng)z*早應(yīng)用在89年10月投入運行的上海閔行開發(fā)區(qū)辦公樓(4305㎡，冷負荷4532KW，熱負荷231KW)，其技術(shù)和設(shè)備均由美國提供，使用情況良好。135個深35米的垂直豎管井,埋管為聚丁烯管。國內(nèi)的大專院校均進行了相關(guān)的垂直或水平埋地管的試驗研究和小型的工程應(yīng)用,并建立了地埋管的傳熱模型。各地的地質(zhì)條件不同，土壤的溫度和熱物性參數(shù)都不一樣，因此，地下耦合熱泵的應(yīng)用還有待進一步的實驗驗證和實驗數(shù)據(jù)的積累。

　　地表水熱泵系統(tǒng)：地表水溫度受氣候的影響較大,與空氣源熱泵類似,武漢東湖等淺水性湖泊夏季水溫高于濕球溫度，無利用價值，冬季水溫略高于氣溫，可用作熱源水。實測數(shù)據(jù)表明寧波奉化江水7M深31.2℃，珠江底層31.8℃，江水熱污染很厲害，利用價值不大。可利用長江水作為地表水熱泵系統(tǒng)的熱源，但冬季江水水位很低，從取水的經(jīng)濟性及防洪角度考慮，實際利用還是極難的。

　　地下水熱泵系統(tǒng)：綜合上述情況可以看到，目前在我國來說，技術(shù)上比較成熟、利用可行性較大、實施的工程項目較多的還是地下水熱泵系統(tǒng)。目前國內(nèi)生產(chǎn)水源熱泵機組的廠家也已達到二、三十家。因為國內(nèi)還沒有頒布水源熱泵機組的生產(chǎn)技術(shù)標準，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差別較大，從有些廠家的產(chǎn)品樣本來看，技術(shù)參數(shù)不完整、不準確。因為很多生產(chǎn)廠家沒有實測手段，采用水源熱泵機組所需要的很多數(shù)據(jù)不能提供，甚至不排除某些技術(shù)力量差的廠家根本就沒有弄清楚水源熱泵機組和常規(guī)冷水機組的技術(shù)差異，直接就拿常規(guī)冷水機組來作為水源熱泵機組推銷到市場。目前就筆者所接觸到的廠家來看，只有一家國外公司能夠提供專用電腦軟件選型數(shù)據(jù)，可以根據(jù)設(shè)計工況選擇合理和可信的機組配置和各種性能數(shù)據(jù)。

　　2 地源熱泵在武漢地區(qū)的應(yīng)用

　　2.1 地下水源熱泵工程實例

　　2.1.1地下水源熱泵在湖北工程應(yīng)用z*早的一家是位于荊州沙市的法雷奧汽車空調(diào)有限公司，采用的是西亞特LWP1800(545KW)螺桿水一水熱泵機組2臺，LGP350一臺(110KW)，總制冷量是1200Kw，供應(yīng)一個車間(5000㎡)和辦公部分(900㎡), 因取水量的限制取水井為一口50m3/h的井，制冷時另加一臺冷卻塔進行補充。制熱時因車間本身設(shè)備散熱量較大，一口井取水完全能夠滿足供暖需要。夏季井水18.5℃，冬季17.8℃。2000年9月開始運行。

　　2.1.2位于漢口循禮門的天與地音樂城，建筑面積5000㎡,采用的是意大利克萊門特活塞式水源熱泵機組WRHH1202兩臺，總制冷量是720Kw，總制熱量是750Kw(其中供暖450Kw，利用熱回收系統(tǒng)供生活熱水300Kw)。打兩口井，一抽一灌，回灌在90%左右，井深47m，冬季出水20.5℃，取水量60m3/h。冬季運行機組升溫很快，2小時不到機組供水溫度即可達到45℃以上。2002年6月開始運行。

　　2.1.3武漢凌云科技集團綜合廠房，總建筑面積11000㎡, 其中4000㎡辦公，7000㎡生產(chǎn)廠房。選用法國西亞特螺桿式水源熱泵機組LWP2500二臺，總制冷量1440Kw，制熱量1900Kw，打井4口，每臺機組2口，一抽一灌。2002年10月開始運行。

　　2.1.4漢口香港路香榭里花園4萬㎡，總制冷量3200Kw，總制熱量2500Kw。設(shè)計選用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702三臺，制冷時冷凍水7/12℃，地下水18/32℃;制熱時供暖水40/50℃，地下水18/8℃。打井由武漢地質(zhì)工程勘察院承擔(dān)，每口井取水量80m3/h,先打試驗井，一抽一灌，取得實驗數(shù)據(jù)，進行詳細周密的計算和水文地質(zhì)分析。設(shè)計三口取水井，五口回灌井，每口井回灌60%，分析計算認為三口井同時抽水，五口井同時回灌時，場地南側(cè)地水水位有不到1m的下降，其它部位下降均小于0.5m;南側(cè)的地面沉降有1cm，其它部位地面沉降小于0.5cm;大部分場地的不均勻沉降小于0.2‰，不致于對地質(zhì)構(gòu)成不良性的影響和影響建筑物的正常使用。2002年11月開始運行。

　　2.1.5漢口東西湖武漢航達公司廠房綜合樓，建筑面積18000㎡，采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺，設(shè)計六口取水井，六口回灌井，每口井取水量20m3/h。2003年9月開始運行。

　　2.1.6漢口百步亭花園小區(qū)綜合樓，建筑面積21000㎡，采用西亞特螺桿式水冷冷水機組LWP2800一臺, 螺桿式水源熱泵機組LWP1400兩臺，渦旋式水源熱泵機組LGP100一臺,冰球配置105m3。本工程是由冰蓄冷系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)合而為一的獨特的空調(diào)系統(tǒng),具有削峰填谷和節(jié)能環(huán)保的雙重意義。2004年11月開始運行。

　　2.1.7湖北大學(xué)圖書館，建筑面積42000㎡，采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH3602三臺，總制冷量3850KW,總供熱量3100KW。設(shè)計三口取水井，六口回灌井，每口井取水量120m3/h。根據(jù)場地條件盡量拉大取水井的間距,在部分負荷狀態(tài)下,盡可能用足地下水溫差,減少用水量。2004年11月開始運行。

　　2.1.8漢口福星惠譽辦公綜合樓，建筑面積10000㎡。采用西亞特公司螺桿式水源熱泵機組LWP1800兩臺。總制冷量1090KW,總供熱量850KW。設(shè)計兩口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。2003年11月開始運行。

　　2.1.9湖北警官學(xué)院圖書館體育館，建筑面積20000㎡。采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺，總制冷量2300KW,總供熱量1600KW。設(shè)計兩口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。

　　湖北警官學(xué)院學(xué)生食堂，建筑面積12000㎡。采用克萊門特螺桿水源熱泵機組BE/SRHH2702兩臺，總制冷量2300KW,總供熱量1600KW。設(shè)計兩口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。2004年7月開始運行。

　　2.2 地下耦合熱泵工程實例

　　2.2.1省公安廳駕校辦公大樓，建筑面積5000㎡，采用克萊門特螺桿地源熱泵機組WRHH0802兩臺，總制冷量520KW,總供熱量370KW。利用室外場地進行垂直埋管,共打孔220個,間距4X4M,孔內(nèi)共埋設(shè)U型PE換熱管10000米,孔深30米。2002年11月開始運行。

　　2.2.2清江花園小區(qū)共有兩棟小高層住宅，總建筑面積38000㎡，采用克萊門特螺桿地源熱泵機組WRHH0802兩臺，總制冷量1560KW,總供熱量1000KW。利用小區(qū)中心花園下地下車庫底部進行垂直埋管,共打孔220個,間距4X3.5M,孔內(nèi)共埋設(shè)U型PE換熱管28000米,孔深在65-70米之間,中間以回填材料填實。2004年6月開始運行。