浅谈地源热泵空调系统运行管理

2014-09-25刘新龙

中国科技纵横 2014年17期

关键词：中央空调源热泵热泵

刘新龙

(西安铁路局西安建筑段,陕西西安 710015)

浅谈地源热泵空调系统运行管理

刘新龙

(西安铁路局西安建筑段,陕西西安 710015)

当前社会,环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事,在这种背景下,以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生,而开发浅层地热能的热泵空调系统正是满足这些要求的新型中央空调系统。该系统在铁路中的使用日趋广泛,怎样在空调机组的操作、运行以及管理中节约能源,是当下此类从业人员应该着重研究的课题。

地缘热泵系统节能运行管理

当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。长期以来，我国能源结构中煤炭占绝对的优势。近几年国内燃煤锅炉技术已得到发展和进步，成功开发出链条锅炉分层给料和变负荷控制技术等，但总体看来，目前中国燃煤锅炉的运行状况仍低于国外同类产品的水平，锅炉房整体系统的效率较低，小型燃煤设备污染物排放超标严重，“雾霾”天气近几年异常突出，即使再对燃煤锅炉采取脱硫脱硝措施的情况下，也避免不了昂贵的脱硫脱硝运行成本。在这种背景下，节约能源、推进结构调整是中国缓解资源约束的现实选择。近几年来，我国坚持把转变发展方式、调整产业结构和工业内部结构作为能源节约的战略重点，努力形成“低投入、低消耗、低排放、高效率”的经济发展方式，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而开发浅层地热能的热泵空调系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。目前铁路部分车站普遍使用地源热泵空调系统，但地源热泵系统尚属于新型中央空调节能系统，铁路上目前的运行管理人员对系统不够熟悉，通过对已实施地源热泵项目的运行情况进行长期跟踪，总结出常见问题，深入分析原因，并提出相应的运行管理节能措施，可以更好地帮助我们使用这种新型系统。

1 地源热泵系统

1.1 地源热泵系统涵义

地源热泵系统是一种将地表浅层地热资源当作冷热源，对建筑物实施供冷或供暖的空调节能系统，地表浅层的实质是一个大型的太阳能集热器。地源热泵通过少量电能的输入，完成能量由低温向高温的转移。地源热泵同普通热泵的原理基本一致，不同点是其冷热源为浅层地热能。地源热泵系统包括三种不同的系统：以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵；以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统；以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统。地源热泵工作原理：是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

1.2 地源热泵的系统构成

地源热泵系统可分为两部分：地上部分和地下部分。

地下系统是地源热泵工作性能的关键，它直接制约着地源热泵系统制冷、供热效率的高低。目前普遍使用的是近年来国际流行的封闭式循环系统，该系统是使用寿命最长、对环境破坏最小的地下系统。该系统使用垂直钻孔埋设法，即将地热换热器的管道竖埋，这种方法因为占地面积小而在我国得到广泛应用。

地上系统主要包括地源热泵机房和空调末端系统。由于地源热泵可同时满足制冷和供暖的要求，因此大大节省了制冷机房的占地面积和空间。空调末端系统的设计与普通中央空调末端系统没有太大区别，在此不再详细陈述。

1.3 地源热泵系统的特点

地源热泵的主要特点包括：(1)节能特点地源热泵系统与常规能源供热方式相比省去了锅炉房系统，同时利用的是地表浅层可再生的热量资源，从而达到可持续发展的要求；从制冷角度分析，循环水在地表浅层的土壤中进行换热，不需要额外设置冷却水塔，可省去冷却水的水耗；(2)环保特点地源热泵系统在制冷与供热的过程中不产生废水、废渣、废气及烟尘，从而大大减小了对空气、水资源的污染；(3)运行费用低，运行效能高无论冬季取热还是夏季散热，地源热泵的换热效率要比常规方式高的多，产生同样冷量或热量时地源热泵所需配备的压缩机功率小，电能消耗大大减少，与传统的锅炉系统和中央空调相比能耗降低50%-60%。

2 地源热泵系统运行管理中节能方法分析

2.1 地源侧流速的控制

在地源热泵系统设计中，地源侧流速是设计参数中重要的一环，但在实际项目中，地源热泵运行时并不全按照设计流速运行。部分负荷运行过程中，循环泵部分开启，而地源孔仍全部开启，从而造成流速过低；不平稳的地源侧水力也会导致地源孔流速降低，据调查，地源侧流速降低37%，地源孔散热量降低18%。针对这个问题，节能的具体措施是在部分负荷运行时同时将不用的地埋泵和相对应地地源孔阀门关闭，并调节系统水力使之平衡。

2.2 负荷调节

根据资料显示，制冷时室内温度升高1℃，系统节能5%左右，供暖时室内温度降低1℃，系统节能1.5%左右。地源热泵系统主机都可实现自动控制，调节方式分为两种：一是以回水温度为依据进行调节，在末端设备对回水温度进行设定，并按此设定长期运行；二是根据实际负荷的需要来手动调节回水温度，当负荷较小时适当降低回水温度，这样在低温供暖以及高温制冷时热机具有较高的能效比，可避免室温过低、过高，从而促进节能性能的提升。

2.3 设备节能运行管理

地源热泵系统的设备主要包括地源热泵机组、循环水泵和末端设备，运行管理中应从多个方面进行实施：第一，热泵机组的启用个数依据实际符合需要进行调整，使其高效运行；根据资料显示，设定合理的回水温度可提高6%左右的节能效果；避免频繁启动机组可有效降低开机能耗，当使用部分主机运行时，开启相应的循环水泵，关闭未开启主机的进出口阀门，避免因循环水无效旁通所导致的水流量不足，供热能力下降。第二，地源热泵拥有较大埋管敷设面积，地埋扬程不宜过大；运行过程中地埋管全部开启，地埋泵只有部分开启，所以地埋侧管路会有一定的水力特性变化。同时在末端循环泵中会有部分设备运行时偏离设计工况点的情况，使循环泵工况得以改善可以提升较大的节能效果。第三，设备末端节能运行管理，夏季早晨室外气温较低，可利用空调新风机及消防排烟系统抽、送风约15分钟，这样不仅可以在开机前降低室温、减少主机负荷，同时还能检查排烟系统是否正常，对消防工作有一定帮助；随时掌握候车大厅各区域的状况及时调节风柜、风机盘管等设备，减少系统热负荷，可降低机组和末端设备的耗电量。

2.4 设备运行中电压的调整

设备运行的耗电量同电压成正比，目前一般所使用的空调机组额定电压均为380V，如若将其接入410V电压运行时，整体的系统耗能会增加约7%，并且长期在超负荷条件下运行会造成设备使用寿命降低，采用合适的供电电压对于设备运行节能有很大帮助。一般来说设备对电压的波动有一定范围要求，最好调整在厂家使用要求的额定电压范围内运行。

2.5 使用空间的封闭

根据实地调查显示，目前很多高铁站房采取的装修方案屋顶处设置了格栅，但是格栅上部空间较大，有些甚至与室外未完全封闭，这就造成了冷量热量的流失，特别是冬季供暖时，热气总是朝上漂流，再加上有些出风口位置较高，风道系统弯道多，阻力大，热风很难吹到旅客区域，导致供暖制冷效果明显下降。若将格栅设置为可封闭的形式将显著提高其低温供暖以及高温供冷的效果，同时也可降低8%左右的能耗，从而达到节能的目的。

2.6 使用风幕机减少冷、热量的损耗

高铁候车厅人流量较大，进、出站口需要不断地开关门，冷量和热量在开关门期间损耗很大，这在无形中增加了空调机组很大一部分的冷热负荷。使用风幕机可有效的减少不必要的冷热量损失。风幕机产生高速的气流，将室内外分成两个独立温度区域，防止冷(暖)气外流，在空调机组长时间运行时，辅助循环调节温度，达到节约能约改善环境的目的。热风幕按发热源可分为电热、水热两大类，电热风幕机发热效率高、产出风量大；水热风幕机因为不需要使用电能来加热，所以有省电节能的特点，根据调查显示，使用合理的风幕机能以60-80%的效率来保持室内的冷、暖空气温度。

2.7 合理设计风速及风口位置

车站在建筑设计时为了追求外观美，候车大厅一般都设计为高大空间，如果在中央空调设计时考虑出风口风速不够，再加上有些出风口位置较高，风道系统弯道多，阻力大，会使得风量就射不到人行区域，这就需要准确合理的计算送风口的出风量，特别是在施工过程中存在一些变更，如空间高度增加，应及时与设计部门联系进行再次重新效验设计。同时要注意送风口和回风口最好不要设置在同一侧，避免因送风风速不足而直接从回风口又回到回风系统形成短路。