【原】【HETA】地源熱泵及新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用
時間:2022-02-09
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? ?今天我們用案例來探討一種新型的空調(diào)系統(tǒng)。這個工程空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵+雙冷源新風(fēng)機(jī)組+干式風(fēng)機(jī)盤管，具有節(jié)能、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)的綜合優(yōu)勢。
工程概況
? 一、工程基本情況? ??
工程空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵+雙冷源新風(fēng)機(jī)組+干式風(fēng)機(jī)盤管，具有節(jié)能、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)的綜合優(yōu)勢。
? 二、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計概括? ?
?三、空調(diào)系統(tǒng)：雙冷源溫濕分控系統(tǒng)??
1、冷熱源：地源熱泵系統(tǒng)
2、空調(diào)水系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管
1.）兩管制變流量一級泵系統(tǒng)；
2.）冷凍水循環(huán)泵采用定速泵；
3.）空調(diào)水系統(tǒng)豎向不區(qū)分夏冬，冷熱水切換由制冷機(jī)房切換閥執(zhí)行；
4.）采用高位膨脹水箱補(bǔ)水定壓，補(bǔ)水為軟化水；
3、空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)
?。┲鳂欠块g內(nèi)：內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)熱回收機(jī)組。
?。┲鳂切l(wèi)生間：單獨設(shè)熱回收新風(fēng)機(jī)組，新風(fēng)量為排風(fēng)量的80%。
?。┲鳂窍揽刂剖遥悍煮w空調(diào)。
地源熱泵技術(shù)應(yīng)用
?一、何為地源熱泵??
地源熱泵是指利用淺層（通長小于400m深）地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的即可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。一般在空調(diào)系統(tǒng)中，地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。
1、組成部分
室外地能換熱系統(tǒng)+地源熱泵機(jī)組+室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。
其中地源熱泵機(jī)主要有兩種形式：水—水式、水—空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。
2、形式分類
開式系統(tǒng)：是直接利用水源進(jìn)行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵，防結(jié)垢、水質(zhì)凈化等裝置。
閉式系統(tǒng)：是在深埋于地下的封閉塑料管內(nèi)，注入防凍液，通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響。
3、主要特點
1）地源熱泵技術(shù)屬于可再生能源。
地表淺層（地能）是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量）。
2）地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。
其地源熱泵的COP值（COP熱泵系統(tǒng)所能實現(xiàn)的制熱量和輸入功率的比值）達(dá)到了4以上，也就是說消耗1kwh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。
3）地源熱泵環(huán)境效益顯著。
裝置運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。地源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上；與電供暖相比可以減少70%以上，它的制熱系統(tǒng)比燃?xì)忮仩t的效率平均提高近50%，比燃?xì)忮仩t的效率高出了75%。
4）地源熱泵一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣。
地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。
5）地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費用低。
地源熱泵的機(jī)械運(yùn)動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，機(jī)組緊湊、節(jié)省空間。
? 二、設(shè)備選型??
1、冷熱負(fù)荷需求
末端：干式風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組；
主樓：主樓建筑總冷負(fù)荷378KW，熱負(fù)荷140KW;
報告廳：建筑總冷負(fù)荷316.9KW，熱負(fù)荷238.9KW。
2、地源熱泵系統(tǒng)方案
主樓（高溫螺桿式地源熱泵機(jī)組）：機(jī)組額定工況制冷量406KW，冷凍水供回水溫度16/21℃；過渡季或負(fù)荷較小情況下利用土壤余冷直接通入末端設(shè)備進(jìn)行制冷，機(jī)組額定工況制熱量369KW，空調(diào)熱水供回水溫度40/35℃。
報告廳（螺桿式地源熱泵機(jī)組）：機(jī)組額定工況制冷量342KW，冷凍水供回水溫度7/12℃；機(jī)組額定工況制熱量384KW，空調(diào)熱水供回水溫度45/40℃。
? 三、地源熱泵系統(tǒng)地?zé)釗Q熱器布置??
? 四、地源熱泵機(jī)組??
在冬天，1千瓦的電力，可將土壤（或水源）中4-5千瓦的熱量送入室內(nèi)。在夏天，過程相反，室內(nèi)的熱量被熱泵轉(zhuǎn)移到土壤或水中，使室內(nèi)得到?jīng)鏊目諝?。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復(fù)始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以最小的低價獲取了最舒適的生活環(huán)境。
壓縮機(jī)(Compressor)：起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（制冷）系統(tǒng)的心臟；
蒸發(fā)器(Evaporator)：是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的；
冷凝器(Condenser)：是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的；
膨脹閥(Expansion Valve)或節(jié)流閥(Throttle)：對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。
根據(jù)熱力第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起到補(bǔ)償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而往復(fù)地進(jìn)行循環(huán)。
? 五、地源熱泵系統(tǒng)示意??
? 六、地源熱泵施工工藝??
1、地埋管工藝流程
2、?機(jī)房設(shè)備安裝工藝流程
七、地源熱泵目前存在的問題
1、地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡”的問題。
地源熱泵應(yīng)用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運(yùn)行費用會隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約；打井埋管受場地限制比較大，必須有足夠的面積用于打井和埋管；設(shè)計及運(yùn)行中對全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡。
2、針對工程，施工中存在地質(zhì)不明確的狀況經(jīng)常發(fā)生。
地下孔洞、溶洞、地下水位置不明確會對正常施工質(zhì)量、進(jìn)度造成不良的影響。
新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用
一、雙冷源溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)?
1、雙溫冷源系統(tǒng)
它是在一個空調(diào)系統(tǒng)中采用兩種不同品位（不同蒸發(fā)溫度）的冷源，用低品位冷源（高溫冷凍水）取代傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中大部分由高品位冷源（低溫冷凍水）承擔(dān)的熱濕負(fù)荷，從而通過提高空調(diào)制冷系統(tǒng)綜合制冷效率（綜合COP），達(dá)到節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗之目的。
2、溫濕分控
在該系統(tǒng)中，將溫度、濕度分別由不同的設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。高溫冷源為主冷源，負(fù)責(zé)承擔(dān)全部室內(nèi)顯熱負(fù)荷和全部新風(fēng)負(fù)荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的比例一般為85~90%；低溫冷源為輔助冷源，只承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，占空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的比例一般只有15~20%。
3、組成部分?
根據(jù)低壓冷源設(shè)置方案不同，雙冷源系統(tǒng)有內(nèi)冷式、水冷式和集中式三種基本形式。
二、主要特點?
1、空調(diào)冷源綜合能效提高而實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。
該系統(tǒng)采用高溫冷源和低溫冷源共同承擔(dān)空調(diào)總負(fù)荷，改變了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)由低溫冷源承擔(dān)全部空調(diào)負(fù)荷的設(shè)計方法。高溫冷源能效達(dá)到8以上，而具有2級能效（屬于節(jié)能產(chǎn)品）的低溫冷源的能效約為5.1。
2、通過溫濕分控，可避免夏季過度除濕造成的能源浪費。
在傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中，由于溫度和濕度是捆綁在一起同時進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，在一般性舒適空調(diào)系統(tǒng)中，往往不能很有效地同時保證溫度和濕度參數(shù)，而在工藝空調(diào)系統(tǒng)中，為精確控制室內(nèi)溫度和濕度，往往采取過度冷卻和再熱方式，過度冷卻和再熱是傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的原理性缺陷，而在該系統(tǒng)中，溫度和濕度是由不同的系統(tǒng)和設(shè)備獨立調(diào)節(jié)和控制的，相對而言更方便、更有效、更精確，而且不必過度冷卻和再熱，不存在能量浪費。
3、空調(diào)末端實現(xiàn)“干工況”，有助于改善室內(nèi)控制品質(zhì)。
在雙冷源溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)中，由于所有室內(nèi)末端全部采用16℃高溫冷源，因此室內(nèi)末端中的表冷器只用來降溫，不再有冷凝水，不會再成為濕表面，即使沾灰也不會再有細(xì)菌滋生，安全衛(wèi)生。
?三、設(shè)備選型?
1、技術(shù)要求
被動式超低能耗建筑;
室內(nèi)環(huán)境要求：
a.室內(nèi)溫度：20-26℃
b.相對濕度：40%-60%
c.CO2含量：≤1000ppm
d. 新風(fēng)要求：≥30m3/(h·人)
2、選型
雙冷源溫濕分控新風(fēng)機(jī)組
設(shè)備熱回收率≥75%
設(shè)備耗電量＜0.45(W·h)/m3
?四、雙冷源溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)?
高溫冷源：高溫地源熱泵機(jī)組，決定空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果的關(guān)鍵，主要承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)顯熱負(fù)荷。
低溫冷源：新風(fēng)機(jī)組自帶壓縮機(jī)，主要承擔(dān)室內(nèi)潛熱。
顯熱負(fù)荷：一種是由于導(dǎo)熱、對流、輻射等引起的室內(nèi)溫度的升高或降低。
潛熱負(fù)荷：一種是由于室內(nèi)人體散濕、設(shè)備與工藝過程散濕或空氣滲透等引起室內(nèi)環(huán)境濕度的增加或減少。
五、雙冷源溫濕分控空調(diào)設(shè)計
1、內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組
內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組是用來保障室內(nèi)濕度和空氣品質(zhì)的主要設(shè)備。本項目所使用的雙冷源型新風(fēng)機(jī)組采用地源熱泵主冷源進(jìn)行新風(fēng)預(yù)處理，自帶蒸發(fā)除濕冷源對新風(fēng)進(jìn)行深度除濕，冷凝熱可對除濕后的新風(fēng)進(jìn)行加熱，多余的冷凝熱通過排風(fēng)系統(tǒng)排到室外。確保新風(fēng)恒溫、恒濕的同時，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能運(yùn)行的目的。
2、干式風(fēng)機(jī)盤管
干式風(fēng)機(jī)盤管是用來保證室內(nèi)溫度舒適的主要設(shè)備。干式風(fēng)盤采用獨特的準(zhǔn)逆流換熱器，使用16℃的高溫冷源供冷，確保室內(nèi)末端中對空氣的冷卻過程成為干式冷卻，不再有冷凝水產(chǎn)生，從而可以徹底解決困擾我們逾百年的“濕表面”細(xì)菌滋生的問題，使“健康空調(diào)”這一人類夢想得以真正實現(xiàn)。
六、雙冷源溫濕分控空調(diào)示意
七、新風(fēng)管道安裝操作要點
新風(fēng)風(fēng)管室內(nèi)施工與一般工程無異，主要針對被動房的氣密性及無熱橋性能進(jìn)行針對性處理。
1、工藝流程：
預(yù)留洞尺寸復(fù)核→風(fēng)管安裝→穿墻位置巖棉密實填充→粘貼防水隔氣膜、透氣膜→管道保溫
2、操作要點：
預(yù)留孔洞尺寸：預(yù)留孔洞平整、清潔，與風(fēng)管間距尺寸確保50mm以上。
風(fēng)管安裝：風(fēng)管安裝穿墻部位無接頭，風(fēng)管表面清理干凈，以便下一步防水隔汽膜、透汽膜的可靠粘貼。
巖棉施工：風(fēng)管與預(yù)留洞之間利用巖棉進(jìn)行填塞并密實，個別縫隙利用聚氨酯發(fā)泡進(jìn)行封閉，主要作用是隔離金屬風(fēng)管與墻體之間的熱橋反應(yīng)。
防水隔汽膜、透汽膜施工：為處理風(fēng)管與預(yù)留孔洞之間縫隙氣密性的薄弱環(huán)節(jié)，此處外墻內(nèi)側(cè)利用防水隔汽膜進(jìn)行粘貼，保證此處的氣密性，外墻外側(cè)選用防水透汽膜，保證巖棉受潮后水蒸氣能散發(fā)出來。
保溫施工：選用B1級橡塑保溫材料，保溫層與風(fēng)管外表面有專用膠水可靠粘接。
