谈地源热泵技术及其应用

2014-11-09陈长风

山西建筑 2014年4期

关键词：滑阀制冷剂蒸发器

陈长风

(中铁十二局集团物业公司，山西太原 030024)

1 概述

环保和节能成为全球发展的主题，可再生能源的开发与利用受到了广泛的重视。地源热系统被称作新世纪最有效的冷暖中央空调技术，逐步走进人们的视野，这项技术夏天不用冷却塔，冬天不用锅炉房，不燃煤、不燃油、不燃气，夏季能供冷，冬季能供热。

2 地源热泵工作原理及特点

2．1 地源热泵工作原理

地源热泵是充分利用水与地下能源(如地表水、地下水或土壤等)进行冷热能量的交换，作为地源热泵的冷源和热源。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。

2．2 地源热泵的特点

地源热泵系统把不可直接利用的热能(如空气、水、土壤、太阳能、工业废热、污水等)转化为可直接利用的热能，既节能又环保还节约了成本，同时还可根据室外温度合理调节供热与制冷的温度，工作性能稳定、操作维护简便。

3 地源热泵系统在中铁十二局集团一号楼、二号楼的应用

3．1 建筑概况

中铁十二局集团一、二号楼住宅楼建筑总面积40 000 m2，建筑高度103．3 m，地上33层，地下1层，是集住宅、商铺为一体的综合性建筑。

3．2 地源热泵系统的工作原理及特点

中铁十二局集团地源热泵系统为地埋式地源热泵系统，整个系统由地下埋管换热系统、地源侧循环泵WCFXHP系列热泵机组、低区循环系统、高区循环系统、用户室内末端组成。地源热泵工作流程图见图1。

3．2．1 地源热泵供热工作原理

1)地下埋管换热器循环系统。

地下埋管换热系统中的循环介质吸收大地的热量后，通过地源端分水器，经地源循环泵加压后，进入WCFXHP系列热泵机组，与机组的蒸发器进行热量交换后流出热泵机组，经地源端集水器后返回。周而复始，从而达到热泵机组从大地中取热的目的。

2)高低区循环系统。

根据楼层的高低及供热的压力不同，分为低区循环系统(1层～17层)和高区循环系统(18层～33层)，低区和高区循环系统通过板换相连进行热交换。低区系统水进入热泵主机，提温达到机组设定温度，经系统循环泵加压，一部分进入分水器中，再由分水器送入用户端(1层～17层)，经用户端后再由集水器返回热泵机组。另一部则由分水器流入板换器与高区循环系统形成热交换，从而使高区循环系统达到设定温度，经高区系统循环泵加压，再由高区的分水器送入高区用户端(18层～33层)，经高区集水器返回。

图1 中铁十二局集团地源热泵工作流程图

3)室内末端循环系统。

采用地暖管进行供热。三个系统周而复始的循环，从而实现将热量转移到建筑物中。

3．2．2 地源热泵制冷工作原理

制冷工作时，地下埋管系统与WCFXHP系列热泵机组的冷凝器相连，冷媒介质吸取室内热量，系统水经机组冷却后，通过高低区循环系统送入用户，最后通过用户端空调风机实现供冷。

3．2．3 热泵机组原理及特点

1)机组的组成。

WCFXHP系列是采用立式全封闭螺杆压缩机的水(地)源热泵机组，其主要部件有:立式全封闭螺杆压缩机，满液式蒸发器，壳管冷凝器，板式换热器，供液球阀+马达，热力膨胀阀，液位传感器。热泵主机结构图见图2。

2)主要器件及系统的工作原理。

a．压缩机。压缩机由安装固定机壳内的一对立式阴螺杆转子组成，机壳上有吸气口和排气口，一对转子做纯旋转运动，压缩机运动平稳，吸气和排气过程同时进行，排气气流均匀持续无脉动。压缩机机壳内安装有特种高温型电机，电机靠压缩机排出的制冷剂冷却，最终将热量通过冷却水带走。

b．制冷剂系统。压缩机通过排气截止阀把高温、高压的气体排到冷凝器，在冷凝器中，制冷剂气体在管外凝结，把热传递给管内的冷却水。液态的制冷剂把其积聚到冷凝器的底部，然后排出，排出的液体一部分经过截止阀，电磁阀和热力膨胀阀进入板式换热器换热，用来冷却另一部分直接进入板式换热器的液体，吸热蒸发的制冷剂气体回到压缩机补气口，主供液管路液体被冷却后经过供液球阀节流后进入蒸发器。蒸发器液位由液位传感器测量，并由调制马达通过控制球阀开度来调节。液态制冷剂在蒸发器中沸腾，冷却在蒸发器管束中流过的水。被蒸发的制冷剂气体流向吸气管，通过吸气截止阀，吸气止回阀门吸气过滤器进入压缩机。在压缩机内，气体被压缩，并开始重新循环。

图2 热泵主机结构图

c．油路系统。油回收系统分高压油回收系统和低压油回收系统。高压油回收系统包括油分和回油管路，外置油分将大部分压缩机排气夹带的油分离出来，从油分底部的回油管路回到压缩机吸气管，被压缩机抽回。低压系统包括引射泵和回油管路，油分没有分离出来的少量油被带入蒸发器，通过蒸发器上的回油口，经引射器的动力将富油制冷剂从蒸发器回油孔引出，再经过回油阀、干燥过滤器、止回阀、视液镜送到吸气管路上，从而进入压缩机。

d．液体喷射循环系统。从冷凝器出液板换前分出一路经角阀、电磁阀、干燥过滤器、视液镜单向阀和角阀进入压缩机液体喷射口，经过节流膨胀，产生低温的制冷剂气体与压缩机转子中的制冷剂混合，从而降低排气温度，保证压缩机在恶劣的工作情况下正常运行。

e．机组容量控制系统。每台压缩机都有一个液压容量控制系统，它控制滑阀位置，从而调节压缩机负荷大小，它由一个常闭加载电磁阀(A)、一个常开卸载电磁阀(B)和一个内部压力调节阀组成。压缩机正常运行时，阀A及B通电(A开、B闭)高压油直接控制导引滑阀。作用在滑阀活塞表面的压力产生的推力足以克服反向的弹簧力，推动滑阀向加载方向移动，当给压缩机“保持”命令时，阀A断电(闭合)，滑阀的运动停止。在保持状态下，调节滑阀的内在压力允许油从滑阀室泄出。若滑阀B断电(打开)，作用在滑阀上的高压油会排到吸气口，滑阀室的压力降低。此时，滑阀弹簧就会恢复到最小容量位置。滑阀运动全过程的合适时间大约为(40±10)s。机组容量控制系统示意图见图3。