论PHMIX地下环路式三联供机组的特点与应用

2016年10月23 09:49:49 来源：艾肯空调制冷网

PHNIX集团熊杨

一、引言

针对目前空调系统的流行趋势，结合地源热泵系统在实际中的应用，详细阐述了PHNIX地下环路式三联供系统的性能特点、工作原理及运用(以别墅的运用为例)。

PHNIX地下环路式三联供机组是属于地源热泵机组系列，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统。PHNIX地下环路式三联供机组利用土壤温度相对稳定的特点，依靠少量的电力驱动压缩机，通过深埋土壤的闭环管道系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷、供热和供热水的要求，具有传统空调和热水系统无法比拟的节能、高效、环保等优点。

二、PHNIX地下环路式三联供机组的特点

1.节能、高效性

PHNIX地下环路式三联供机组在提供100个单位能量的时候，70%的能量来源于土壤，30%的能量来自电能，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，即将土壤中的热量＂搬运＂至室内。它冬季运行时，COP约为4.2，即投入1KW电能，可得到4KW的热能，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；夏季运行时，COP可达5.3，即投入1KW电能，可得到5KW的冷量；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。比常规空气源空调节能50%左右。

2.环保无污染

供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。

3.属可再生能源利用技术

PHNIX地下环路式三联供机组是利用了地球表面浅层地热资源(通常50--150米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。

4.舒适性

因为PHNIX地下环路式三联供机组供冷暖时都是通过冷热水经风机盘管(或地埋管、墙埋管)交换完成的，所产生的冷气和暖气(或辐射热)比常规空调的要更柔和的多，不易感冒。

5.应用灵活、安全可靠、用途广泛

灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工，机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。从严寒地区至热带地区均适用。该系统可供暖，供冷，供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

6、可分区控制

具有中央空调享受的档次，又可达到单体空调局部控制的效果，不存在“大马拉小车”的情况，在管理上更加节能。

三、PHNIX地下环路式三联供机组工作原理

1.制冷原理

在制冷状态下，PHNIX地下环路式三联供机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式向室内供冷。

2.制热原理

在制热状态下，PHNIX地下环路式三联供机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

四、PHNIX地下环路式三联供系统的选择

1.建筑物周围有充足的可以利用的场地时，可以考虑用水平环路。把管线布置在沟中，可根据场地长度在30到120米之间。

2.建筑物周围场地面积受限制时，垂直的回路是理想的选择。可利用钻井设备钻成深度为50到150米的深孔，然后将管线垂直布置。(一般的钻井深度为100米)

3.建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋时，施工费用和运行费用会十分经济。管线简单地布置在池塘或者湖的底部。

4.敞开的回路系统是用地下水作为一种直接能源。在理想状况下，应用敞开的回路是最经济的地热系统。

五、PHNIX地下环路式三联供系统的应用(以杭州碧水豪园别墅为例)

(一)工程概述：

本工程位于浙江省杭州市，是一座豪华别墅，地下一层，地上三层。建筑面积340㎡，实际空调使用面积170㎡，根据本住宅单元的特点，夏季需空调，冬季需采暖，而且一年四季还要生活用热水，我司推荐使用本公司产品——PHNIX地下环路式三联供机组。该机组拥有五种运行模式(1、制冷模式；2、制热模式；3、制热水模式；4、制冷+热水模式；5、制热+热水模式)使用本系统后，夏季开空调制冷时，可免费提供用户所需要的生活热水；冬季不开空调时可转换成(制热+热水模式)提供取暖用热水和生活用热水。用户无论在什么时候都能享受到舒适的热水，完全满足了主人对高生活质量品味的追求。

(二)设计范围

本工程设计内容包括住宅单元的空调、采暖及热水系统设计。

(三)设计依据

1)、本工程依据建设单位提供的建施图

2)、(GB50243-97)

3)、(GBJ19-87)

4)、(GB50045-95)

5)、(GB19-87)

6)、(中国建筑工业出版社、第二版)

7)、(机械工业出版社)

8)、GBJ16-2001

(四)设计资料和方案分析

1、设计资料

1.1室外气象参数

(1) 夏季

空调计算干球温度：35.7℃；空调计算湿球温度：28.5℃

大气压力： 100.05KPa

(2) 冬季

空调计算干球温度：-4℃；空调计算相对湿度：77%

1.2室内设计参数

2、方案分析

2.1冷气方案设计

2.2暖气方案设计

2.3主机选型

根据以上表格对室内冷、暖负荷的计算，本工程方案采用PHNIX地下环路式三联供中央空调PWSRW130S-HGLQX 一台.室内末端夏季采用PHNIX卧式暗装风机盘管制冷；冬季采用地板辐射取暖；热水使用侧则配置一个容积为500L的保温热水罐。

夏季主机标准工况下(制冷+热水模式)的额定制冷量为36KW，产热水量为430L/H；冬季主机标准工况下(制热+制热水)的额定制热量为24.5KW，产热水量为319L/H；

2.4室外地埋管系统设计

(1)冬夏季地下换热量计算：可由下述公式计算：

其中Q1＇ ——夏季向土壤排放的热量，kW

Q1——夏季设计总冷负荷，kW

Q2＇——冬季从土壤吸收的热量，kW

Q2——冬季设计总热负荷，kW

COP1——设计工况下机组的制冷系数 (4.3)

COP2——设计工况下机组的供热系数(3.5)

根据计算可知：Q1＇=36*(1+1/4.3)=44KW

Q2＇=24.5*(1-1/3.5)=17.5KW

(2)地下热交换器的设计：

2.4.1热交换器的形式：

考虑现场可用地表面积、以及钻孔费用，确定热交换器采用垂直竖井布置和单U型管并联同程的形式。

2.4.2管材的选择

常用的是聚乙烯(PE)和聚丁烯(PB)管材，它们可以弯曲或热熔形成更牢固的形状，可以保证使用50年以上。

2.4.3管径的确定

在实际工程中确定管径必须满足两个要求：(1)管道要大到足够保持最小输送功率；(2)管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下。

2.4.4竖井埋管管长的确定

地下热交换器长度的确定除了已确定的系统布置和管材外，还需要有当地的土壤技术资料，如地下温度、传热系数等。这些因素的计算很繁琐，并且部分数据不易获得。在实际工程中，可以利用管材“换热能力”来计算管长。换热能力即单位垂直埋管深度或单位管长的换热量，一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或30～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m(管长)。设计时可取换热能力的下限值，即30W/m(管长)，具体计算公式如下：

L= Q1＇÷30×1000 (3)

其中 L——竖井埋管总长，m

Q1＇ ——夏季向土壤排放的热量，kW

分母“30”是夏季每m管长散热量，W/m

计算得知：L=44*1000/30=1467米

2.4.5确定竖井的数量及间距

可根据以下公式计算：

其中 N——竖井总数，个

L——竖井埋管总长，m

H——竖井深度，m

分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。

计算得知：N=1467/2*100=7.33