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【摘 要】 越来越多的工程项目在选择空调设备时都首选地源热泵中央空调或冰蓄冷空调系统，在华东、华南地区由于冬季需热量较小，夏季冷负荷相对较大。针对这种需求，将地源热泵与冰蓄冷耦合使用将会收到较好的社会效益和经济效益。笔者以参建项目——温州建设商务大厦为例，分析其优势设计，探讨其应用前景。
【关键词】 公共建筑地源热泵；冰蓄冷机组；应用
引言：
随着人们对生活及工作环境要求的不断提高，现如今空调技术已成为现代智能建筑不可或缺的元素，又因当今人类面临能源短缺、环境污染两大难题，因此选用节能环保的空调系统尤为重要，其将带来一定的社会效益与经济效益。冰蓄冷地源热泵耦合技术，在实现电网移峰填谷的同时，能有效节省地源热泵空调系统的一次性投资和运行电费，节能减碳效果明显
一、地源热泵系统优势特点
地源热泵机组在电能的驱动下，将地下水、或土壤中不可直接利用的低位能量在热泵机组的作用下，成为可利用的高位能。
（1）环保无污染：省去了锅炉系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，零污零排，低碳低能，有益于人体健康，有利于环境保护。
（2）节省投资寿命长：配置到位时一套系统可解决冷、暖、浴，实现三个功能，节省初投资设备，投资费用减少10%—25%；主机使用运行寿命可达到25年以上，约是传统热能设备的2倍。
（3）节省占地：一方面省去了锅炉房及与之配套的煤场和渣场，节约了大量的土地资源；另一方面地/水源热泵机组机身体积小、重量轻，安装简单，可安装在地下室或闲置房内，不占地面有效空间。
（4）高效节能：无室外机，不受室外环境变化的影响。无论冬季还是夏季，每投入1KW电能均可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。
（5）应用范围广：除了从土壤或地下水提取能量，热泵机组还可以从工业废水、污水、中水、河湖水、海水中提取能量，广泛地应用在民用建筑采暖、冷暖空调、工业企业冷冻、冷藏、冷却、加热等领域，从而节约了大量采暖、供热、供冷能量。
（6）运行稳定：地源热泵从稳定的地下能源中提取能量，与VRV风源热泵（从温度波动的空气中提取能量）相比，相当于汽车以经济时速在高速公路上行驶，平稳而安全，故障率较低。
（7）节资：本系统最大特点是充分利用地下免费能源，通过一套系统来实现制冷和采暖，并提供生活热水，能效比高达400%，显著节省运行费用，无论冬季还是夏季，只有传统供冷供暖方式的1/2-1/3。同时本系统不需专人管理，高智能化运行，因此可显着减少管理人员成本。不仅如此，地源热泵空调系统还具有很好的社会效益：在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张。地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应。对环境非常友好。地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。冬季向建筑物供热，夏季又可供冷。可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房，避免危险源，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40～60%，节能50%左右。另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
二、冰蓄冷系统优势特点
冰蓄冷空调是指：在电网低谷时消耗电力制冷蓄冰，将其冷量储存起来供电网高峰时建筑物空调使用。冰蓄冷空调技术之所以得到广泛重视，主要原因之一是冰蓄冷技术具有显著的移峰填谷能力，是电力需求侧管理的有效技术手段，但伴随着制冷效率降低、空调系统投资成本增加的不足。冰蓄冷技术移峰填谷示意图如图1所示。
冰蓄冷空调对电网的调峰能力有助于提高电力系统运行效率。
冰蓄冷技术主要优点有：
（1）平衡电网峰谷电力负荷，减缓全社会电力设施建设，提高电力系统使用效率。
（2）减少空调用户的制冷主机容量，节省空调系统电力工程贴费及配电设施费用。
（3）合理利用峰谷负荷电价差，降低空调系统运行费用。
（4）空调系统使用更加灵活，节假日、休息日等小负荷状态下，可融冰供冷无需开启制冷主机，避免制冷主机低效运行，节能效果明显。
（5）蓄冰装置的蓄冷量可作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性。 （6）冷冻水温度可降至1～4℃，能实现冷冻水大温差或低温送风，减少空调末端系统中水泵与风机的运行能耗，降低水管、风管的口径，有利于降低空调末端系统投资和提高建筑物空间利用效率。低温送风技术还可降低室内相对湿度，提高空调舒适度。
（7）使空调冷水机组更平稳地运行，能有更多时间处于满负荷工作状态，提高冷水机组的利用率和使用寿命。
但是冰蓄冷技术也存在不足：
（1）通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大。
（2）蓄冰装置要占用一定的建筑空间。
（3）制冷蓄冰时主机运行效率比在常规空调工况下要低。
（4）设计与调试相对复杂。
三、实例应用
温州建设商务大厦项目（采用地源热泵和冰蓄冷结合的形式）
温州建设商务大厦工程由温州建设集团有限公司投资建设，工程商场区域采用地源热泵和冰蓄冷耦合系统。该项目位于温州市鹿城路与广化路交叉口西南角，规划建设用地面积8830平方米。地下三层，地上二十三层，总建筑面积56041.9平方米。地下室主要为停车场，人防设施，设备房，共三层。地上一～四层为商场，五～二十三层全部为办公用房。商场采用烟台顿汉布什工业有限公司生产的国家一级能效标准的地源热泵螺杆机组WCFXHP41TRC1台、双工况螺杆式冰蓄冷冷水机组WCFX50TRDC1台。机房设在地下层。五～二十三层全部办公用房采用烟台顿汉布什工业有限公司生产的全直流变频多联式空调机组。本中央空调冷热源系统经过专家论证和方案比选选择了冰蓄冷耦合地源热泵技术。地热能利用方式采用闭式循环垂直埋管换热系统，系统配置1台地源热泵机组满足制冷及制热要求，一台双工况水冷螺杆机组满足蓄冰和制冷要求。蓄冰装置选用不完全冻结式蓄冰盘管，并采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联冰蓄冷系统流程，本系统运行效率高、控制简单可靠、使用灵活。
地埋管子系统换热器总量252根，换热孔最佳设计深度为70m。地埋管系统采用双U型PE换热管，管径DN32mm。地埋管换热器埋管间距为4.5m，采用平行四边形布置。室内集、分水器做法考虑地下室安装成品集、分水器。水平管道采用HSS型高密度聚乙烯直埋保温管（国标焊接钢管、50mm厚聚氨酯保温层，聚氨酯容重50kg/m3以上，管道外层为高密度聚乙烯塑料管）。由于深层岩土温度场受地面温度影响很小，因此必须注意冬季吸热量和夏季排热量的平衡，在系统中预留闭式冷却塔接入系统，帮助地下岩土实现热平衡。
四、结语
冰蓄冷技术与地源热泵技术是空调冷热源的重要技术进步，对实现电网移峰填谷、提高电力系统运行效率具有明显作用，地源热泵作为国家可再生能源应用推广产品，是实现节能减排、低碳发展的重要途径。然而，它们的发展同时又受到各自技术本身局限性的制约，本项目将它们两者进行耦合使用，能有效实现各自优缺点的扬弃，能够大幅度提高中央空调市场的接受程度，使它们获得更加广泛的应用。
参考文献：
[1]郭铁明，刘硕，辛建华.地源热泵与冰蓄冷在公建中的方案初探[J].低温建筑技术，2014，05：145-147.
[2]武曈，刘钰莹，董喆，方莹，刘益才.地源热泵的研究与应用现状[J].制冷技术，2014，04：71-75.
[3]杨彦武.地源热泵系统运行检测及综合评估[D].东华大学，2014.
【关键词】 公共建筑地源热泵；冰蓄冷机组；应用
引言：
随着人们对生活及工作环境要求的不断提高，现如今空调技术已成为现代智能建筑不可或缺的元素，又因当今人类面临能源短缺、环境污染两大难题，因此选用节能环保的空调系统尤为重要，其将带来一定的社会效益与经济效益。冰蓄冷地源热泵耦合技术，在实现电网移峰填谷的同时，能有效节省地源热泵空调系统的一次性投资和运行电费，节能减碳效果明显
一、地源热泵系统优势特点
地源热泵机组在电能的驱动下，将地下水、或土壤中不可直接利用的低位能量在热泵机组的作用下，成为可利用的高位能。
（1）环保无污染：省去了锅炉系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，零污零排，低碳低能，有益于人体健康，有利于环境保护。
（2）节省投资寿命长：配置到位时一套系统可解决冷、暖、浴，实现三个功能，节省初投资设备，投资费用减少10%—25%；主机使用运行寿命可达到25年以上，约是传统热能设备的2倍。
（3）节省占地：一方面省去了锅炉房及与之配套的煤场和渣场，节约了大量的土地资源；另一方面地/水源热泵机组机身体积小、重量轻，安装简单，可安装在地下室或闲置房内，不占地面有效空间。
（4）高效节能：无室外机，不受室外环境变化的影响。无论冬季还是夏季，每投入1KW电能均可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。
（5）应用范围广：除了从土壤或地下水提取能量，热泵机组还可以从工业废水、污水、中水、河湖水、海水中提取能量，广泛地应用在民用建筑采暖、冷暖空调、工业企业冷冻、冷藏、冷却、加热等领域，从而节约了大量采暖、供热、供冷能量。
（6）运行稳定：地源热泵从稳定的地下能源中提取能量，与VRV风源热泵（从温度波动的空气中提取能量）相比，相当于汽车以经济时速在高速公路上行驶，平稳而安全，故障率较低。
（7）节资：本系统最大特点是充分利用地下免费能源，通过一套系统来实现制冷和采暖，并提供生活热水，能效比高达400%，显著节省运行费用，无论冬季还是夏季，只有传统供冷供暖方式的1/2-1/3。同时本系统不需专人管理，高智能化运行，因此可显着减少管理人员成本。不仅如此，地源热泵空调系统还具有很好的社会效益：在我国的一些发达城市，夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战。对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张。地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应。对环境非常友好。地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。冬季向建筑物供热，夏季又可供冷。可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房，避免危险源，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40～60%，节能50%左右。另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
二、冰蓄冷系统优势特点
冰蓄冷空调是指：在电网低谷时消耗电力制冷蓄冰，将其冷量储存起来供电网高峰时建筑物空调使用。冰蓄冷空调技术之所以得到广泛重视，主要原因之一是冰蓄冷技术具有显著的移峰填谷能力，是电力需求侧管理的有效技术手段，但伴随着制冷效率降低、空调系统投资成本增加的不足。冰蓄冷技术移峰填谷示意图如图1所示。
冰蓄冷空调对电网的调峰能力有助于提高电力系统运行效率。
冰蓄冷技术主要优点有：
（1）平衡电网峰谷电力负荷，减缓全社会电力设施建设，提高电力系统使用效率。
（2）减少空调用户的制冷主机容量，节省空调系统电力工程贴费及配电设施费用。
（3）合理利用峰谷负荷电价差，降低空调系统运行费用。
（4）空调系统使用更加灵活，节假日、休息日等小负荷状态下，可融冰供冷无需开启制冷主机，避免制冷主机低效运行，节能效果明显。
（5）蓄冰装置的蓄冷量可作为应急冷源，在停电时只需开启水泵即可供冷，提高了空调系统的可靠性。 （6）冷冻水温度可降至1～4℃，能实现冷冻水大温差或低温送风，减少空调末端系统中水泵与风机的运行能耗，降低水管、风管的口径，有利于降低空调末端系统投资和提高建筑物空间利用效率。低温送风技术还可降低室内相对湿度，提高空调舒适度。
（7）使空调冷水机组更平稳地运行，能有更多时间处于满负荷工作状态，提高冷水机组的利用率和使用寿命。
但是冰蓄冷技术也存在不足：
（1）通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大。
（2）蓄冰装置要占用一定的建筑空间。
（3）制冷蓄冰时主机运行效率比在常规空调工况下要低。
（4）设计与调试相对复杂。
三、实例应用
温州建设商务大厦项目（采用地源热泵和冰蓄冷结合的形式）
温州建设商务大厦工程由温州建设集团有限公司投资建设，工程商场区域采用地源热泵和冰蓄冷耦合系统。该项目位于温州市鹿城路与广化路交叉口西南角，规划建设用地面积8830平方米。地下三层，地上二十三层，总建筑面积56041.9平方米。地下室主要为停车场，人防设施，设备房，共三层。地上一～四层为商场，五～二十三层全部为办公用房。商场采用烟台顿汉布什工业有限公司生产的国家一级能效标准的地源热泵螺杆机组WCFXHP41TRC1台、双工况螺杆式冰蓄冷冷水机组WCFX50TRDC1台。机房设在地下层。五～二十三层全部办公用房采用烟台顿汉布什工业有限公司生产的全直流变频多联式空调机组。本中央空调冷热源系统经过专家论证和方案比选选择了冰蓄冷耦合地源热泵技术。地热能利用方式采用闭式循环垂直埋管换热系统，系统配置1台地源热泵机组满足制冷及制热要求，一台双工况水冷螺杆机组满足蓄冰和制冷要求。蓄冰装置选用不完全冻结式蓄冰盘管，并采用制冷主机上游、蓄冰盘管下游的单级泵串联冰蓄冷系统流程，本系统运行效率高、控制简单可靠、使用灵活。
地埋管子系统换热器总量252根，换热孔最佳设计深度为70m。地埋管系统采用双U型PE换热管，管径DN32mm。地埋管换热器埋管间距为4.5m，采用平行四边形布置。室内集、分水器做法考虑地下室安装成品集、分水器。水平管道采用HSS型高密度聚乙烯直埋保温管（国标焊接钢管、50mm厚聚氨酯保温层，聚氨酯容重50kg/m3以上，管道外层为高密度聚乙烯塑料管）。由于深层岩土温度场受地面温度影响很小，因此必须注意冬季吸热量和夏季排热量的平衡，在系统中预留闭式冷却塔接入系统，帮助地下岩土实现热平衡。
四、结语
冰蓄冷技术与地源热泵技术是空调冷热源的重要技术进步，对实现电网移峰填谷、提高电力系统运行效率具有明显作用，地源热泵作为国家可再生能源应用推广产品，是实现节能减排、低碳发展的重要途径。然而，它们的发展同时又受到各自技术本身局限性的制约，本项目将它们两者进行耦合使用，能有效实现各自优缺点的扬弃，能够大幅度提高中央空调市场的接受程度，使它们获得更加广泛的应用。
参考文献：
[1]郭铁明，刘硕，辛建华.地源热泵与冰蓄冷在公建中的方案初探[J].低温建筑技术，2014，05：145-147.
[2]武曈，刘钰莹，董喆，方莹，刘益才.地源热泵的研究与应用现状[J].制冷技术，2014，04：71-75.
[3]杨彦武.地源热泵系统运行检测及综合评估[D].东华大学，2014.