地源热泵中央空调与传统中央空调
对比分析
一、什么是地源热泵
我们先来简单的认识一下什么是地源热泵,地源热泵是利用
浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,是热泵的一种,热
泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。
地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要
的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。
地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源
把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移
到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。
二、地源热泵技术特点
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷,还可供生活
热水,一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套
装置或系统。系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,
也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是提高
了一次能源的利用率,因此具有高效节能的优点,地源热泵比传
统空调系统运行效率要高 40%~60%。另外,地源温度较恒定,使
得热泵机组运行更可靠、稳定,整个系统的维护费用也较锅炉一
制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。
三、地源热泵的一些不足之处及解决方法
地源热泵系统在运行费用方面有明显优势,但同时也有一些不利
因素,这些因素制约了地源热泵的快速普及。其中最主要的制约因素
是初投资较大,地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所需的地面
上管路和设备的投资,还包括埋地盘管投资、埋地盘管敷设投资(以
及购买敷设地盘管所需土地的使用权或所有权的投资)。初投资成为
影响地源热泵在发展中国家推广的重要因素之一。另一个制约地源热
泵普及的重要因素是土壤热负荷不均衡。比如,由于各地的地质结构
相差很大,造成埋地盘管与土壤间的换热系数也相差很大。这在设计
埋地盘管长度时将产生问题:若埋地盘管设计过长,将会造成大量初
投资浪费;若设计过短,不但满足不了设计工况要求,还可能造成设
备损坏。同时,因为夏季冷负荷明显大于冬季热负荷,导致地下埋管
换热器夏季排向埋管附近土壤排出的热量远大于冬季从土壤中吸取
的热量。使冬季和夏季的土壤负荷产生不衡。这种单纯的地源热泵系
统长期运行将使埋管周围土壤温度升高,夏季埋管内流动介质与周围
土壤温差降低,换热能力减弱,影响系统能效比和运行特性。
采用混合型地源热泵系统可有效解决项目初期投资大和土壤热
不均衡的问题。对于单纯的地源热泵系统,夏季制冷所需的埋地盘管
长度要远大于冬季采暖所需的盘管长度。在这种情况下,为降低初投
资可用冷却塔代替一部分埋地盘管,即混合型地源热泵系统。同时,
克服了单纯的地源热泵向土壤排放热量和提取热量不平衡而产生的
夏季地埋管换热器出口水温升高、热泵性能降低,从而降低系统效率
甚至影响系统运行的问题。冬季混合式地源热泵系统的冷却塔不运
行,其工作原理与单纯的地源热泵相同,土壤作为热泵机组的低温热
源,通过地埋管获取土壤中热量为建筑物供热;夏季热泵与冷却塔共
同承担系统的冷负荷。冷却塔和机组的启停主要由地埋管换热器的进
出口水温来控制,当进出口水温超过设定的最高值时,冷却塔和机组
开始运行,以满足整个系统的冷负荷要求;当地埋管换热器的进出口
水温降到设定的最低值时,冷却塔和机组停止运行。这样整个热泵系
统从长期运行来看,冬季从土壤中取出的热量与夏季排放到土壤中的
热量基本平衡,解决了单纯地源热泵由于系统的负荷不平衡而影响整
体效率的问题。
二、优势比较:
(1)能耗比较
地源热泵中央空调和传统中央空调相比,最大的特点就在于
它的节能性,这也是很多用户不顾高额初投资选择地源热泵中央
空调的原因,地源热泵除了节能外,还有很多的优点,我们可以
通过与传统中央空调的对比来分析地源热泵到底具有哪些优势,
为什么如此深受用户青睐。
地源热泵中央空调与传统中央空调对比:环境保护
从土壤源热泵的整个运行原理来看,土壤源热泵系统实际是
真正意义的绿色环保空调,不管是冬季还是夏季的运行,都不会
对建筑外大气环境造成不良影响。
而普通中央空调系统,将废热气或水蒸气排向室外环境,无
一例外的都对环境造成了极大的污染。以地球表面浅层地热资源
作为冷热源,利用清洁的、近乎无限可再生的能源,符合可持续
发展的战略要求。
(2)运行效率比较
对于普通中央空调系统,不管是采用风冷热泵机组还是采用
冷却塔的冷水机组,无一例外的要受外界天气条件的限制,即空
调区越需要供冷或供热时,主机的供冷量或供热量就越不足,即
运行效率下降,这在夏热冬冷地区的使用就受到了影响。
而土壤源热泵机组与外界的换热是通过大地,而大地的温度
很稳定,不受外界空气的变化而影响运行效率,因此,土壤源热
泵的运行效率是最高的。
(3)经济方面比较
地源热泵系统还可以集采暖、空调制冷和提供生活热水于一
体。一套热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热
水加热的三套装置或系统,从而减少使用成本,十分经济。
(4)运行费用比较
地源热泵系统在运行中的节能特点也是显而易见的:通常地
源热泵消耗 1kW 的能量,用户可以得到 4kW 以上的热量或冷量,
其制冷、制热系数可达 4 以上,与传统的空气源热泵相比,要高
出 40%,其运行费用为普通中央空调的 50%~60%。
达到相同的制冷制热效率,土壤源热泵主机的输入功率较小,
即为业主提供了较低运行费的空调系统,在全年时间使用空调的
场所,这种效果尤为明显。
锅炉只能将 70%~90%的燃料内能为热量,因此地源热泵要比
电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之
一的能量。
(3)性能比较
①主机设置:对于普通中央空调系统,若设置风冷热泵机组
进行冷热空调,则风冷热泵主机的设置必须要与外界通风良好,
要么设置于屋顶,要么设置于地面,这对别墅空调受限就更严重。
而土壤源热泵主机的设置就非常灵活,可以设置在建筑物的
任何位置,而不受考虑位置设置的限制。
②系统简单:一机多用,节约设备用房,应用范围广。地源
热泵可供暖、空调,还可用于生活热水供应系统,一套系统可替
代锅炉加空调的两套系统,因此一机多用,节省了建筑空间及设
备的初投资,机组紧凑,节省设备用房空间,由此而产生的经济
效益相当可观。
③无需除霜:大地土壤温度一年四季相对保持恒定,冬季也
能保持在 15℃以上,埋地换热器不会结霜,可节省因结霜、除霜
而消耗的能量。
通过详细对比,我们很容易发现地源热泵中央空调优势非常
明显,从这里我们也可以看出,为什么政府会大力推广地源热泵
系统,地源热泵的普及不仅关系到家庭用户的切身利益,也很大
程度上降低建筑能耗,缓解环境能源压力,优化生态环境。
绿特积极响应政府号召,一直倡导舒适健康、节能环保的室
内舒适家居生活,已经成功安装多套家用地源热泵系统。
三、数字数据比较: