地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其在武漢地區(qū)的應用

　　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,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)的工程應用實例,并就地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計和實際工程應用中應注意的問題進行了闡述和探討。

　　關鍵詞：地源熱泵節(jié)能工程應用

　　1 地源熱泵應用概況

　　地源熱泵(GSHPS)是一個廣義的術語，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熱能，因此被稱之為：一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的21世紀的技術。這項起始于1912年的技術(瑞士提出的一個專利，該技術的應用始于英、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用技術。到2000年底，美國有超過40萬臺地源熱泵系統(tǒng)在家庭、學校和商業(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，地源熱泵技術的推廣應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地源熱泵應用情況

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設計，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)的設計;二是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的地下部分的設計，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)的設計。

　　地下耦合熱泵系統(tǒng)z*早應用在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)，其技術和設備均由美國提供，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的垂直或水平埋地管的試驗研究和小型的工程應用,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?？衫瞄L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，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?？傊评淞?090KW,總供熱量850KW。設計兩口取水井，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。設計兩口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。

　　湖北警官學院學生食堂，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。