地源热泵与溴化锂机组的运用

季明

【摘要】 本文阐述了两种常见的空调方式及地源热泵系统及溴化锂制冷机组的原理、适用范围、优缺点，对地源热泵系统及溴化锂制冷机组运用、推广具有借鉴作用。

【关键词】 地源热泵 溴化锂机组 优缺点 空调方式

一、前言

随着科学技术的发展和人民生活水平和提高，人们的居住质量也在发生着变化，居室内要求冬暖夏凉，恒温恒氧，近几年来地源热泵空调系统已经在我国悄然兴起，在扬州已有或在建小区使用这一系统的就有7-8个，如扬州帝景蓝湾、河昌运河东郡、阳光美第、京杭融园等小区，纷纷采用地源热泵系统，并在宣传广告中打出许多吸引市民的词语。但地源热泵也不是商家所说的那么完美，传统的采暖制冷系统经过若干年的发展也不是那么一无是处，下面就这两种不同的小区集中空调系统进行一下相关的比较。

二、两种系统的特点简介

2.1地源热泵系统及工作原理

地源热泵主要指能够转移地下土壤中热量或冷量到所需要的地方。主要利用了地下土壤相对恒温特点，冬季把热量从地下转移到建筑物内，夏季再把建筑物内热量转移到地下。从而实现建筑物内冬暖夏凉的效果。

夏季制冷工况；如图：

制冷时地下水循环回路作为冷源。冷媒在蒸发器内吸热蒸发，制取7℃左右的冷水，送入房间使用，冷媒再经过压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽进入冷凝器，由水回路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终转移到地下水或土壤中。

冬季供暖工况，如图：

制热时，地下水循环回路作为热源。冷媒在蒸发器内吸取地下的热量蒸发，制冷剂再经过压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，进入冷凝器内制取40-60℃的热水。

2.2普通溴化理制冷机组，制冷及管道蒸汽供热工作原理。

小区及大型公共场所，目前采用夏季溴化锂制冷，冬季管道集中供热也非常普遍。

夏季溴化锂制冷机组，它的基本原理为：

溴化锂吸收式制冷机组一般是蒸汽为动力，以水为制冷剂，溴化锂为吸收剂，抽取 7℃左右的冷媒水。

溴化锂制冷机主要由发生器、冷凝器，蒸发器、吸收器、循环泵等几部分组成。

（如圖3所示）

在溴化锂制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到加热蒸汽的加热后，溶液中的水为不断汽化，随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂溶液的浓度不断升高，浓溶液进入吸收器内，另一路水蒸汽进入冷凝器，在冷凝器内被冷却水降温后凝结成高压低温的液态水，当冷凝水通过节流阀进入蒸发器时，因急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸汽进入吸收器，被吸收器内溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环，如此不断循环，连续制取冷量。取出的冷量通过冷媒水送入的需要的建筑物内。

冬季采暧，由周边热电厂或锅炉提供蒸汽，进入热交换器内直接给热媒水加热，送入所需的建筑物内。

三、地源热泵与溴化锂机组的特点比较

3.1地源热泵的优点

3.1.1运行成本低，节能效果明显

地表浅层的温度一年四季相对稳定，冬季比环境温度高、夏季比环境温度低，这种温度特性使得地源热泵比一般空调系统的运行效率要高出40%～60%，因而节能和节省运行费用40%～50%左右。

3.1.2 地源热泵系统，环保效果明显

地源热泵系统运行一般是封密式循环，没有污染物排放，冷热量在地下交换，贮存起来，待换季后再利用，因而对环境的影响非常小。

3.1.3没有热源点及冷却塔，适用范围广，节省空间。

3.1.4地源热泵维护成本低，使用寿命长

因为地源热泵机械运动部件非常少，系统部件要么埋压地下，要么在室内安装，不受外界气候影响。因而维护成本较低，一般设计运行15年以内无需大修，这大大高于其它空调设备。

3.1.5地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉、空调两套装置。

3.2 地源热泵系统的缺点

3.2.1初资成本高

由于地源热泵大量地找井敷设地下热交换管道，所以施工费用以及材料费用都较高。目前扬州正在施工的京杭融园机房投资120万元，而设备及管道的投资费及施工费就达到6000万元，按建筑面积平均每平方为536元/m2。

3.2.2地下场地较大

由于热交换是在地下进行的，没有足够热交换场地便不能满足机组所需的冷热量，故地下排管往往充满整个小区，扬州京杭融园、地源井为1415只，地源井有效深度为84米，地源井间距为5m×4.5m。总占地面积约为3.3万平方米。以上管道皆埋在6米深的地下，虽然对地上设施影响较小，但地下占地较大，需要大量绿化的小区方可设施。

3.2.3设计难度及施工工艺都较高

由于热泵是一个较新的工艺，目前国内还没有统一的计算方法，各地的地下水情况土壤特性，气象资料都不尽相同，其前期勘测和土壤热平衡计算等都较难。

而热源井的施工，各地的地质条件不同，所用的钻孔机械，施工工艺，都不尽相同，需要先做试验中后大规模实施，在京杭融园施工时一中竖井打完，必须马上将管道回填，不然就塌方，异地重打。目前施工工艺没有完善，施工现场问题也不少。

3.2.4维修难度大

由于在施工过程中需要做大量的试验，如超压试验、气密封试验、沉降试验等。虽然理论上说后期基本不会出现维修情况，但由于设计上、施工上、材料上，人员素质等方面一旦出现问题需要维修，代价非常大。

3.3 溴化锂吸收式制冷机的优点

1、以热能为动力，无需耗用大量电能，而且对热能的要求不高。能利用各种低势热能和废气、废热，如高于0.2kgf/cm2 （表压）饱和蒸汽，各种排气；高于75℃的热水以及地热、太阳能等，有利于热源的综合利用，因此运转费用低。若利用各种废气、废热来制冷，则几乎不需要花费运转费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节电、节能效果，经济性高。

2、整个制冷装置除功率很小的屏泵外，没有其他运动部件，振动小、噪声低，运行比较安静，特别适用于医院、旅馆、食堂、办公大楼、影剧院等场合。

3、以溴化锂溶液为工质，制冷机又在真空状态下运行，无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被为无公害的制冷设备，有利于环境保护的要求。

4、冷量调节范围宽。随着外界负荷变化，机组可在10%—100%的范围内进行冷量无级调节，且低负荷调节时，热效率不下降，性能稳定，能很好地适应变负荷的要求。

5、对外界条件变化的适应性强。如标准外界条件为蒸汽压力5kgf/cm2（表压），冷却水进口温度32℃，冷媒水出口温度10℃的蒸汽双效机，实际运行表明，能在蒸汽压力（2.0～8kgf/cm2（表压），冷却水进口温度25℃～40℃。冷媒水出口温度5℃-15℃的宽阔范围内稳定运转。

6、安装简便，对安装基础的要求低。因运行时振动极小，故无需特殊的机座。可安装在室内、室外、底层、楼层或屋顶。安装时只需作一般校平，接上汽、水管道和电源便可。

7、制造简单，操作、维修保养方便。机组中除水泵、真空泵和真空阀门等附属设备外，都是热交换设备，制造比较容易。由于机组性能稳定，对外界条件变化的适应性强，因而操作比较简單。机组的维修保养工作，主要在于保持所需的气密性。

3.4溴化锂吸收式制冷机的主要缺点

1、从数据上看，溴化锂的最高COP（即能量与热量之间的转换比率，简称能效比。）比电空调低，溴化锂空调最高达到1.56，电空调达到5。

2、溴化锂空调对能源有限制，不像电一样到处都有。

3、由于直接利用热能，机组的排热负荷较大，因为冷剂蒸汽的冷凝和吸收过程，均需冷却。此外，对冷却水的水质要求也比较高，在水质差的地方，使用时应进行专门的水质处理，否则将影响机组性能正常发挥。

4、在空气的情况下，溴化锂溶液对普通碳钢具有较强的腐蚀性。这不仅影响机组的寿命，并且影响机组的性能和正常运行

四、结论

选择什么样的空调方式，需要根据当地的区域位置、地质条件、气候条件等诸多因素综合考虑，才能做到初期投入少、运行成本低、使用效果好的目的。