地源热泵与VRV技术的结合与运用实例

1. “地源热泵+VRV“系统技术简介

1.1 技术背景

1.1.1 变流量(VRV)空调系统

近年来变流量(VRV)空调系统发展较迅速，它具有连接管线占用空间小，易于安装，各个房间可以独立启停、分别调节温度、冬季不会结冰等优点。但是现有的变流量(VRV)空调系统都采用的风冷机形式，冬季从室外的空气中获取部分热能，升温之后送入室内，因而存在两个缺点：一是室外机易于结霜，除霜要消耗能量，降低供暖能力;二是若室外温度过低，会使机组不能正常工作，即使可以工作，其效率也很低。

夏季风冷的冷却效果受环境温度影响，效率较低。室外冷却风扇的噪声也会对周边环境产生影响。

1.1.2 常规的热泵系统

常规的热泵系统是由水或空气作为热能的载体，送入需要供热的房间：以水作为热能的载体，冬季长期不工作时管道内的水会结冰，有可能冻坏设备和管道。而用空气作为热能的载体，风管需要占用较大的建筑空间，并且各个房间不易独立启停、独立调节温度。

1.1.3 地源热泵与变流量空调(VRV)两种技术结合

摘要：介绍了常规地源热泵系统和变流量（VRV）空调系统相结合的技术，并以实际工程为例，阐述了这种技术的可行性和在中小型间歇使用建筑中的应用前景。考虑到别墅建筑物间歇使用的特点(大多是周末住宅)，本技术将常规的地源热泵系统与变流量(VRV)空调系统结合，解决了已有的技术存在的室外机易于结霜，除霜要消耗能量，供暖能力降低的问题;同时也解决了在室外温度过低时，设备因长期不使用而易被冻坏的问题。

1.2 新型技术的特点

本技术将地源热泵的地下埋管技术与变流量空调技术结合，可以避免VRV和常规地源热泵系统各自存在的问题，并将各自的优点结合，因此具有较高的能效比。且此系统管道占用较小的建筑空间，易于施工。采用地下埋管技术以获取土壤中的能量，这样大大提高变流量空调系统冬季的供热效率，蒸发器温度稳定;地埋管中可加入防冻液，使埋管在严寒气温下不会结冰，而因室内末端侧循环的是氟利昂，因此也不会结冰。所以本系统可以在冬季间歇运行，不会冻坏;而夏季利用地埋管冷却变流量空调系统，效率也比常规风冷机高。

2. 实际工程概况

本工程位于北京市昌平区九华山庄东侧，周边无城市蒸汽管网，无其他热源，采用目前国内新型空调技术(地源热泵+VRV)对三栋别墅进行空调系统设计。三栋别墅分别为O型别墅一栋，B型别墅一栋， C型别墅一栋，各别墅情况分述如下：

O型别墅地上三层，建筑面积共约400㎡。其中空调机房设在一层。首层设置餐厅、起居室、卧室，二层设置卧室、书房，阁楼层设置卧室、书房。设计在别墅北侧打5个地埋孔，采用垂直埋管方式。

B型别墅地上三层，地下一层，建筑面积共约950㎡，空调机房设在地下一层。首层设置车库、书房、客房、游泳池、餐厅等，二层全部为客房，阁楼层有主卧室、储藏室等。地下一层为台球厅、视听室。设计在别墅北侧、东侧各打3个地埋孔，采用垂直埋管方式。

C型别墅地上两层，总建筑面积508.5㎡，空调机房设在一层楼梯间。首层层高3.6m，设有车库、厨房、餐厅、起居室等，二层层高3.3m，设有卧室、书房。设计在别墅南侧打5个地埋孔，采用垂直埋管方式。

3. 工程设计范围

本工程设计范围包含VRV空调系统、地埋管系统计算和设计、地源热泵机房系统。

4. 室内外设计计算参数

4.1 室外气象参数

夏季空调室外设计计算干球温度： 33.2℃

夏季空调室外设计计算湿球温度： 26.4℃

冬季空调室外设计计算温度： -12℃

冬季空调室外设计计算相对湿度： 45%

4.2 室内设计参数

1. 空调系统介绍

本工程采用地源热泵+VRV空调新型技术，该系统由热泵机组、内含防冻液的地埋管和空调室内机组成，地埋管的两端与热泵机组的蒸发器或者冷凝器相连接，由循环泵提供地埋管系统循环动力。室外主机可以根据室内实际使用情况，对单台或多台室内机提供相应的“冷”和“热”。控制简便，可以充分利用空调资源，同时又使运行费用降低。各系统室外机设置于空调机房内。

夏季工况时，空调室内机组通过膨胀阀并联连接在蒸发器上，在地埋管主干线管上设置循环泵，地埋管的两端与热泵机组冷凝器相连接(地埋管包括与冷凝器相连的主干线管和并联在主干线管埋于地下的U形管)， U形管竖向设置，垂直埋管深度为100m;冬季工况时，空调室内机组连接冷凝器，而地埋管接在热泵机组的蒸发器上。系统运行过程如下图所示：

1. 设备选型

6.1 室外机

本系统空调室外机均选用无锡小天鹅M系列室外机。型号见下表：

6.1 地埋管循环泵：

6.1 三栋别墅均设计乙二醇补水箱1个，对系统补水定压。

1. 结论

本工程于2004年秋季实施，2005年冬季其中两栋别墅开始供暖。其供暖效果达到了设计要求，室内温度可达到20℃以上。

但是，由于本工程的地下换热器的施工存在问题，系统运行20天后，地源侧温降过大，出水温度仅为1℃，回灌温度-2℃。尽管加注了防冻液，但未敢将热泵机组的保护停机温度进一步调低。拟在春季整修时补充一部分地埋管，以期达到理想稳定的运行效果。

经过一个冬季的试验运行，证明该系统是成功的。尽管工程本身存在一些问题，但是施工问题，而不是该系统本身原理的问题。应能得到解决。

本技术在北方地区具有很大的推广价值，特别是对一些中小型，间歇使用的建筑具有其它供暖方式不可替代的优点。

南方地区的一些别墅型建筑，目前已普遍接受安装VRV式户式中央空调。但一直受冬季室外机结霜和夏季室外机噪声的困扰。若采用本技术虽然会增加一些初投资，但可以解决上述问题。并且在一定程度上会降低系统冬夏季运行能耗。

总之，本技术有其独特的优点，对于中小型建筑尤其适用。是一种值得大力推广的新型节能技术。

参考文献

【1】 陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1994