地下水源热泵技术在实训楼的应用

李伟涛 张照方

河南建筑职业技术学院（450064）

0 引言

全球能源的紧缺，近几十年来各国都在提倡节能环保。由于地球能源资源有限，人类即将面对能源匮乏、资源紧缺的世界。在所有的能源消耗中，建筑能耗占了很大的一部分，也是近几年来普遍认为最有潜力的节能途径。在新能源建筑节能中，目前研究的最多的是地源热泵技术、空气源热泵技术、太阳能技术等。

地源热泵是一种新兴的暖通新技术，它有效节省了能源，减少大气污染和二氧化碳的排放。近年来,我国很多科研工作者对地源热泵产生极大兴趣，并对地源热泵进行了理论分析和试验研究。研究表明，水文地质条件、土壤的特性、热泵系统的设计对地源热泵的运行影响很大，因此应注意到由于地源特性在不同地区、不同深度存在较大差异，所以适合某地区的技术和经济特点的设计在其他地区可能就不十分有利。因此，在设计地源热泵系统时必须结合当地实际情况，开展应用研究。地源热泵系统目前最常用的是U型管土壤源热泵系统，通过U型地埋管内的地下水与土壤进行闭式换热从而达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将土壤中的低位热能提高品位对建筑供暖。

1 基本工作原理[1]

地下水源热泵的工作原理就是以城市地下水作为冷热源,根据地下水冬季温度高于室外温度、夏季温度低于室外温度的特点，采用热泵技术，通过少量的高位电能输入，将地下水中低品位难以直接利用的热能(冷能)提取出来，为建筑物供热(制冷)的过程。通常地下水源热泵消耗l kW的能量，用户可以得到4 kW以上的热量或冷量。从地下水源热泵的工作原理可以看出，地下水源热泵从地下水中不断提取能量的过程，正是提升大量的地下水至地面，通过热泵机组提取能量后，再将其回灌到地下的连续运行过程。因此，要了解整个过程是否对地下水存在污染和破坏,对水质是否存在影响以及影响程度如何,就必须对地下水水质进行定期监测。为了跟踪水源热泵技术对地下水水质的影响，应该选取具有代表性的地下水源热泵供热项目进行有规律的取样监测，以便及时了解和掌握地下水源热泵供热区域内地下水水质的变化动态。

2 案例应用[2～4]

2.1 工程简介

该工程为河南建筑职业技术学院实验楼、实训楼的地下热泵系统。实验楼建筑面积为16 000 m2，钢筋混凝土框架5层。实训楼建筑面积21 000 m2，钢筋混凝土框架3层。采用地下热泵系统集中供冷和采暖，总投资约600万。

根据郑州地区实际情况，一般制冷期为5月底至9月底，供暖期为11月上旬至次年3月上旬。供热期间，井水进主机温度一般15～19℃，出主机温度一般45～55℃，回灌水温度8～l5℃。室内环境温度可达到20℃左右；制冷期间，井水进主机温度一般16～20℃，出主机温度一般8～12℃，回灌水温度19～27℃。室外环境温度33～37℃时，室内环境温度可达21℃左右。

2.2 设计参数

1）郑州市室外设计参数见表1所示。

表1 郑州市室外参数

2）室内设计参数见表2所示。

3）负荷计算

根据郑州市地区特征,以及学校使用情况，使用软件进行空调冷热负荷计算。总冷负荷3 200 kW,单位面积冷负荷86.5 W/m2;总热负荷1 850 kW，单位面积热负荷50 W/m2。

表2 郑州市室内参数

2.3 经济效益分析

根据郑州地区情况,按照冬、夏季均使用120 d,每天运行24 h，电费按照0.56元/度。夏季室内温度维持在26℃，冬季室内温度升高20℃。分析结算结果如表3所示。

表3 地温空调与其它空调效益比

从表3可以看出，地源热泵比燃料锅炉节省1/3以上的能量；其制冷与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右;其运行费用为普通中央空调的50%～60%。由此可见，地源热泵投资少，运行成本低，能够节约能源，保护环境，投资运行成本低，具有明显的社会效益和经济效益。

3 结语

针对郑州地区地源热泵技术做了详细阐述，以河南建筑职业技术学院实训楼的地源热泵空调系统为实例,对地源热泵空调系统进行技术经济分析，验证了地源热泵空调系统投资费用少,高效节能，运行稳定可靠，环境效益好。充分显示了地源热泵空调系统在建筑节能中的优越性，为同类工程设计和施工提供参考。

[1]贾捷.地下水源热泵用于写字楼的经济研究[J].建筑节能,2011,39（10）.

[2]田良河.郑州地下水源热泵应用适用性和环境分析[J].城市地质,2011,06(4).

[3]刘军.地下水源水环热泵空调系统在某居住建筑中的应用[J].2012,42(9).

[4]卢云鹏.水源热泵技术在工程运用中的经济分析[J].环球市场信息导报,2011(7).