温泉浴区更衣室土-气型地源热泵工程设计实例

摘要：本文中介绍的范例均是中国土-气型地源热泵冷暖空调系统的成功范例，这三座示范工程几年来一直均保持运转正常、稳定、无故障。它们夏季均保持在26℃以下，冬季保持在20℃以上，超过国际规定的采暖室内温度16℃以上，制冷室内温度27℃度以下的标准。

实践表明土-气型地源热泵与传统中央空调相比非常具有竞争力。

1 地表水式系统

该项目位于广东省恩平市良西镇，依山伴水、环境优美，为度假避暑胜地。若采用传统空调方式，水冷式冷水机组，这样不仅冷水机组、水泵和冷却塔等设备需要占用很大的室内空间，而且会产生一定能源的浪费;风冷式冷水机组还会在室外温度过高的情况下有可能造成过高温停机保护，造成在室外温度最高的情况下却无法有效制冷，而且能效比较低。

从甲方角度论之，急需一种空调方式既能解决制冷、又能解决制热，而且是一种绿色环保型、投资少、运行使用成本低的空调产品。根据甲方提供的当地的条件，离该建筑物7-8米处有一条小溪，夏季小溪平均水温为26.450C，冬季小溪平均水温为230C，符合土-气型地源热泵地表示换热条件。

其工程概况如下：

工程名称：温泉浴区更衣室土-气型地源热泵工程

工程简介： 本工程为两层建筑。一层由办公室、医疗室、更衣室、浴室、套间，二层由更衣室、浴室。建筑总面积为2950m2。本建筑选用中央空调系统，即夏天供冷、冬天供热。

设计原则：

1 本空调系统将采用美国原装土-气型地源热泵系统

2 整个系统节能、环保

3 解决夏季供冷、冬季供热问题

4 地热泵机组采取分散式与半分散式相结合的安装方式，实现减少初投资

本空调系统采用美国土-气型地源热泵空调系统，它没有主、末端装置，它直接吹冷风或热风，其功能相当于冷水机组+风机盘管。它由室外换热系统和室内换热系统两部分组成。室外换热系统根据当地条件采用地表水式换热方式;室内换热系统为地源热泵机组换热系统。

1、 室外部分：

本项目附近有可利用的地表水，由甲方提供的水文资料得知该河水的水温、水质良好。根据本项目这样的天然优势，我方对室外设计采用地表水式换热，即将盘管放入河水中，盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。该方案不会影响热泵机组的正常使用;另一方面也保证了河水的水质不受到任何影响，而且可以将室外工程的造价降到最低。

2、 室内部分：

本工程功能区间主要为更衣间、套间、办公室、浴室。考虑到功能区间使用时间不同，因此每层分区间布置土-气型地源热泵机组，给每个功能区域供冷、供热。土-气型地源热泵机组隐蔽吊装在走廊的吊顶内。这样不仅节省初投资;而且便于分区计量，从而实现最大节能。

下面将对其进行运行费分析

因地源热泵70%的能源来自土壤，消耗电能较少，其热效率较高，COP值一般为3-5，即每消耗一度电它可放热量为3-5 KW。现考虑一年运行费用比较如下：

由于采用的是潜水式地源热泵系统，不但制冷、制热一套机组全部完成，而且热水成本非常低。减少了钻井打孔费用，工程造价显著低于地耦管式、地下水式。此外采用土-气型地源热泵作为楼宇暖通系统，其运行费用可大大降低。据国外实际运行数据并结合我国具体示范工程的实际运行情况分析，用土-气型地源热泵系统供暖时，其运行费用可比传统中央空调系统降低30%-70%;用土-气型地源热泵系统制冷时，其运行费用可比传统中央空调系统降低40%-50%。

2 地耦管式系统

本工程位于北京市海淀区，为四层综合楼，总建筑面积为2070.8m2。空调使用面积约为1600m2。按甲方要求安装中央空调系统，即夏天制冷，冬天供热。

由于该项目的功用为学校及教职员工办公室等，且建筑周围拥有大块平地，在环绕式建筑中心有一花园可以作为埋设地耦管的理想场所，经过以上多方面的对比综合分析，该工程确定使用美国土-气型地源热泵系统。

1)使用效果

噪音水平：对机组进行了隔音降噪处理;机组送、回风管均设有消声静压箱，同时采用消声管道(玻纤风管)，使房间内噪声≤40dB(A);

制冷效果：室外38℃有太阳照射时，室内25℃以下;

供暖效果：室外-15℃夜间时，室内20℃以上;

舒适性： 送风均匀，室内最大温差±1℃，气流速度小于0.3米/秒，无吹风感。空气品值大大优于风机盘管系统。

2)投资及经济性对比分析

整个系统经过一年的运行，运转正常、稳定、无故障。夏季室内温度均保持在25℃以下，冬季保持在20℃以上，超过国家规定的夏季27℃以下，冬季17℃以上的标准。不但空气质量清新、舒适，而且控制设备简单。最值得一提的是初投资大体与传统中央空调加锅炉系统的投资 相同，但运行费用比传统中央空调加锅炉系统低40-60%，即使用土-气型地源热泵系统供暖后，其运行费用可比传统中央空调系统降低30%-70%;用土-气型地源热泵系统制冷后，其运行费用可比传统中央空调系统降低40%-50%，实现了真正意义上的节能，环保，舒适。

3 地下水式系统

项目名称：中美两国政府可再生能源合作项目--北京土-气型地源热泵示范工程(嘉和丽园)

建筑类型：高档公寓

总建筑面积：88，000平方米

采暖空调面积：70，000平方米

热交换量：4，572KW(1，300冷吨)

系统水量：10.6t/min

初投资及运行费用

地源热泵系统比传统中央空调系统总投资减少1.5%,为38.9万元;年度运行费减少43.6%，为116.1万元;占地费减少57%，为50万元。地源热泵系统平均初投资约为360元/建筑平方米。

附l 北京地区各种采暖方式运行费用比较

据报载，经初步测算每采暖季(125天)北京地区每建筑平米的各种采暖方式运行费用：独立燃气采暖炉25-40元;电缆地板采暖25-30元;电热膜采暖28-41元;天然气集中供热30元;燃煤集中供热18元。北京地热泵示范工程初步测算为12.9元。从中可见地热泵供暖运行费用最低。

附2 国际地位

上网调查表明世界上目前单体建筑最大的土-气型地源热泵空调系统是美国肯塔基州路易斯威尔市高特?豪斯饭店，它有25层写字楼2栋、15层公寓1栋、15层饭店1栋、由裙楼将4栋楼连成一体组成，总建筑面积158,000平方米，热交换量4700冷吨。饭店土-气型地源热泵冷暖空调系统于1984年建成，写字楼土-气型地源热泵系统于1992年建成。初投资比普通中央空调节省225万美元，每年运行费用比普通中央空调节省47%。北京土-气型地源热泵示范工程高32层，居世界第一，总建筑面积88,000平方米，仅次于高特·豪斯饭店居世界第二。