地埋管地源热泵技术应用于武汉地区空调工程的若干实例分析

摘要

地埋管地源热泵空调系统利用热泵机组夏季向浅层土壤排放热量,冬季再从中提取热量以实现制冷供热,因其有较高的能效比,目前正作为一项节能技术在全国许多地区大力推行,这项技术的应用与工程所在地的气候条件、土壤条件等密切相关。本文针对武汉地区的三个地埋管地源热泵空调工程,在实测基础上进行计算和分析,主要内容和结论如下:
　　 (1)对湖北出入境检验检疫局地埋管地源热泵空调工程的实测与分析表明,夏季土壤温度呈上升趋势,冬季呈下降趋势。2010年土壤温度升高0.79℃,系统运行一个夏季和两个冬季后升高0.23℃,说明土壤热平衡较好。用户侧供回水温差为冬季1.8～2.2℃、夏季1.2～2℃,地源侧供回水温差为冬季1.05℃、夏季1.1℃,说明供回水温度波动范围较小。系统COP为冬季3.6,夏季2.55。
　　 (2)对清江花园地埋管地源热泵空调工程的实测与分析表明,土壤温度的变化趋势、幅度和室外气温关系不是很密切。土壤温度的变化幅度为夏季10.67℃、冬季4.2℃,说明埋管数量不足。用户侧供回水温差为冬季2.1℃、夏季2.6℃,地源侧供回水温差为冬季1.7℃、夏季2.6℃,说明供回水温度波动范围较小。系统COP为冬季3.15,夏季3.6。
　　 (3)对武昌火车站地埋管地源热泵空调工程的实测与分析表明,2008～2009年土壤温度升高2.1℃,2009～2010年升高1.6℃,2010～2011年降低1℃,2008～2011年升高2.7℃,土壤温度在逐渐升高,说明存在严重热堆积问题。用户侧供回水温差为冬季3.79～5.43℃、夏季2.57～3.28℃,地源侧供回水温差为冬季2.15～2.39~C、夏季2.79～3.35℃,说明系统设计余量大,埋管数量不足。系统COP为冬季1.83～2.02,夏季1.53～1.74。除了室外环境温度、末端设备使用效率对COP有影响外,本工程的卫生热水循环管路阻力损失较大,系统运行过程中关闭了该管路,也导致COP偏小。因此,应综合考虑各种因素,合理设计系统形式,确定埋管数量,才能提高系统的能源利用效率。
　　 (4)以湖北出入境检验检疫局地埋管地源热泵空调工程为例,利用DEST-c软件进行能耗模拟计算,结果表明方案1(水冷螺杆机组和燃气锅炉)系统COP为冬季1.12、夏季2.06,方案2(直燃式溴化锂机组)为冬季1.22、夏季2.37,方案3(风冷热泵系统)为冬季0.58、夏季1.31。都明显低于方案4(地埋管地源热泵系统)的实测系统COP(冬季3.6、夏季2.55),说明地埋管地源热泵系统的能源利用效率高于其他方案。
　　 (5)对上述四种方案进行经济性和环境效益分析,结果表明方案4的初投资费用比方案1增加387万元、比方案2增加374万元、比方案3增加391万元,年运行维护费用比方案1减少56.07万元、比方案2减少78.14万元、比方案3减少37.25万元。和方案1相比,方案4的静态投资回收期为6.9年;和方案2相比,为4.79年;和方案3相比,为10.4年。方案4各种污染物量的排放均少于其他方案。