地源热泵节能技术在苏州地区的应用

段 云 亓军强

1 苏州市自然地质条件

苏州市属北亚热带季风气候区,四季分明,气候温和湿润,是典型的海洋性气候。多年平均气温15.7℃,极端最高气温38.8℃,极端最低气温-9.8℃。多年平均降水量1 128.9 mm,最大降水量1 611.7 mm,日最大降水量343.1 mm,降水主要集中在6月～9月。苏州地处长江三角洲东南缘太湖水网平原中部,根据区域地质资料,其地貌成因和形态类型是在印支—燕山运动所奠定的基底构造格局基础上,经受各种内、外力营力的长期作用而成。大体上自西南向东北方向呈阶梯状逐级跌落,在现代地貌形态类型上,形成了西南部与东北部两个地貌单元。西南部基岩抬升,广泛出露地表,发育较多的基岩山体,表现为构造—剥蚀地形;东北部则因持续下降,长期接受第四系松散层的堆积,地形地貌上表现为广阔的堆积平原。

苏州地区除西部有山部位沉积覆盖土层较薄,其余各地沉积土层均达百米以上,以隔水的黏性土层和饱水的砂性土层交互沉积为主,且降水充沛,地势较低,一般仅在平均海平面以上1 m～3 m左右,地下水位较高,一般在自然地面以下1 m以内。

2 地源热泵空调系统的工作原理

地源热泵中央空调系统的冷热源采用埋管式土壤源热泵系统,也称土壤耦合式热泵系统。具体采用立埋的埋管方式,以水作为冷热量载体,水在埋于土壤中的换热管道内与热泵机组间循环流动,实现机组与大地土壤之间的热量交换。换热量的大小决定地埋管的总长度。

冬季循环水通过埋在土壤中的高密度聚乙烯管环路,从土壤中吸收热量,使循环水温度升高,供给地源热泵机组,同时由热泵机组提供热水,通过风机盘管或空调机组给室内供暖;夏季循环水通过地埋管将热量排放到土壤中,使循环水温度降低供给地源热泵机组。再由热泵机组提供冷冻水,通过风机盘管或空调机组给室内供冷。

3 地源热泵中央空调系统与VRV中央空调系统的对比

现代建筑中,一般空调能耗占整个建筑全部耗能的40%～60%,在空调设计中考虑节能环保的热泵技术符合国家建立节约型社会的政策。根据苏州地区的地质、水文地质及气候条件,风源、水源、地源热泵空调系统都是因地制宜的选择。临水(湖、河、塘)则宜采用水源热泵系统,场地许可且湖、河、塘较远难以满足水源热泵的设置经济性,则采用地源热泵系统,两种条件都不具体则采用风源热泵。

以苏州某单位两栋办公楼工程为例,其中一栋建筑地上3层,面积约1 400 m2,另一栋建筑地上5层,面积大约4 000 m2,主要功能为宿舍、食堂、办公室、会议室等。考虑空调和热水供应两功能,常规方案计划采用VRV中央空调系统来解决夏季制冷、冬季供暖问题,采用太阳能加热供热水,设计按5 t热水。另一个方案采用地源热泵中央空调系统,一机三用,来解决夏季制冷、冬季供暖以及生活热水问题。地源热泵中央空调系统与VRV中央空调系统的综合比较见表1。

表1 地源热泵中央空调系统与VRV中央空调系统的综合比较

3.1 机组性能比较

机组性能比较见表2。

表2 机组性能比较

3.2 运行费用比较

运行费用比较见表3。

表3 运行费用比较

以上对比表明,地源热泵空调系统不仅环保、节能,而且舒适性高,苏州地区已有实例也证明,其制冷、制热对室内温度的调节都较柔和,可用四季如春来形容。

4 结语

1)地源热泵中央空调系统是一种成熟、环保、节能的系统。2)苏州地区因水位高、沉积土层厚,适于地源热泵空调系统的应用。

[1] 沈显杰,杨淑贞,张文仁.岩石热物理性质及其测试[M].北京:科学出版社,1988.

[2] 陈善雄,陈守义.砂土热导率的实验研究[J].岩土工程学报,1994,16(5):47-53.

[3] 赵永信,杨淑贞,张文仁,等.岩石热导率的温压试验及分析[J].地球物理学进展,1995,10(1):105-113.

[4] 刘为民,何 平,张 钊.土体导热系数的评价与计算[J].冰川冻土,2002,249(6):770-773.

[5] 谈建平.浅谈地源热泵技术在建筑工程中的运用[J].山西建筑,2008,34(21):153-154.