【HETA】地源热泵及新风系统技术应用
今天我们用案例来探讨一种新型的空调系统。这个工程空调系统采用地源热泵+双冷源新风机组+干式风机盘管，具有节能、舒适、安全、经济的综合优势。
工程概况
一、工程基本情况
工程空调系统采用地源热泵+双冷源新风机组+干式风机盘管，具有节能、舒适、安全、经济的综合优势。
二、空调系统设计概括
三、空调系统：双冷源温湿分控系统
1、冷热源：地源热泵系统
2、空调水系统风机盘管
1.）两管制变流量一级泵系统；
2.）冷冻水循环泵采用定速泵；
3.）空调水系统竖向不区分夏冬，冷热水切换由制冷机房切换阀执行；
4.）采用高位膨胀水箱补水定压，补水为软化水；
3、空调新风系统新风系统
）主楼房间内：内冷式双冷源新风热回收机组。
）主楼卫生间：单独设热回收新风机组，新风量为排风量的80%。
）主楼消防控制室：分体空调。
地源热泵技术应用
一、何为地源热泵
地源热泵是指利用浅层（通长小于400m深）地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的即可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低品位热能向高品位热能转移。一般在空调系统中，地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
1、组成部分
室外地能换热系统+地源热泵机组+室内采暖空调末端系统。
其中地源热泵机主要有两种形式：水—水式、水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
2、形式分类
开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。
闭式系统：是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。
3、主要特点
1）地源热泵技术属于可再生能源。
地表浅层（地能）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（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量）。
2）地源热泵属经济有效的节能技术。
其地源热泵的COP值（COP热泵系统所能实现的制热量和输入功率的比值）达到了4以上，也就是说消耗1kwh的能量，用户可得到4KWh以上的热量或冷量。
3）地源热泵环境效益显著。
装置运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出了75%。
4）地源热泵一机多用，应用范围广。
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
5）地源热泵空调系统维护费用低。
地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，机组紧凑、节省空间。
二、设备选型
1、冷热负荷需求
末端：干式风机盘管、新风机组；
主楼：主楼建筑总冷负荷378KW，热负荷140KW;
报告厅：建筑总冷负荷316.9KW，热负荷238.9KW。
2、地源热泵系统方案
主楼（高温螺杆式地源热泵机组）：机组额定工况制冷量406KW，冷冻水供回水温度16/21℃；过渡季或负荷较小情况下利用土壤余冷直接通入末端设备进行制冷，机组额定工况制热量369KW，空调热水供回水温度40/35℃。
报告厅（螺杆式地源热泵机组）：机组额定工况制冷量342KW，冷冻水供回水温度7/12℃；机组额定工况制热量384KW，空调热水供回水温度45/40℃。
三、地源热泵系统地热换热器布置
四、地源热泵机组
在冬天，1千瓦的电力，可将土壤（或水源）中4-5千瓦的热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。而地下获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。以最小的低价获取了最舒适的生活环境。
压缩机(Compressor)：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏；
蒸发器(Evaporator)：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；
冷凝器(Condenser)：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；
膨胀阀(Expansion Valve)或节流阀(Throttle)：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。
根据热力第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。
五、地源热泵系统示意
六、地源热泵施工工艺
1、地埋管工艺流程
2、 机房设备安装工艺流程
七、地源热泵目前存在的问题
1、地源热泵的技术存在的最大不足是“土壤热不平衡”的问题。
地源热泵应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约；打井埋管受场地限制比较大，必须有足够的面积用于打井和埋管；设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求，要做到夏季往地下排放的热量与冬季从地下取用的热量大体平衡。
2、针对工程，施工中存在地质不明确的状况经常发生。
地下孔洞、溶洞、地下水位置不明确会对正常施工质量、进度造成不良的影响。
新风系统技术应用
一、双冷源温湿分控空调系统
1、双温冷源系统
它是在一个空调系统中采用两种不同品位（不同蒸发温度）的冷源，用低品位冷源（高温冷冻水）取代传统空调系统中大部分由高品位冷源（低温冷冻水）承担的热湿负荷，从而通过提高空调制冷系统综合制冷效率（综合COP），达到节省空调系统运行能耗之目的。
2、温湿分控
在该系统中，将温度、湿度分别由不同的设备系统进行调节与控制。高温冷源为主冷源，负责承担全部室内显热负荷和全部新风负荷，占空调系统总负荷的比例一般为85~90%；低温冷源为辅助冷源，只承担室内湿负荷，占空调系统总负荷的比例一般只有15~20%。
3、组成部分
根据低压冷源设置方案不同，双冷源系统有内冷式、水冷式和集中式三种基本形式。
二、主要特点
1、空调冷源综合能效提高而实现系统节能。
该系统采用高温冷源和低温冷源共同承担空调总负荷，改变了传统空调系统由低温冷源承担全部空调负荷的设计方法。高温冷源能效达到8以上，而具有2级能效（属于节能产品）的低温冷源的能效约为5.1。
2、通过温湿分控，可避免夏季过度除湿造成的能源浪费。
在传统空调系统中，由于温度和湿度是捆绑在一起同时进行调节和控制，在一般性舒适空调系统中，往往不能很有效地同时保证温度和湿度参数，而在工艺空调系统中，为精确控制室内温度和湿度，往往采取过度冷却和再热方式，过度冷却和再热是传统空调系统的原理性缺陷，而在该系统中，温度和湿度是由不同的系统和设备独立调节和控制的，相对而言更方便、更有效、更精确，而且不必过度冷却和再热，不存在能量浪费。
3、空调末端实现“干工况”，有助于改善室内控制品质。
在双冷源温湿分控空调系统中，由于所有室内末端全部采用16℃高温冷源，因此室内末端中的表冷器只用来降温，不再有冷凝水，不会再成为湿表面，即使沾灰也不会再有细菌滋生，安全卫生。
三、设备选型
1、技术要求
被动式超低能耗建筑;
室内环境要求：
a.室内温度：20-26℃
b.相对湿度：40%-60%
c.CO2含量：≤1000ppm
d. 新风要求：≥30m3/(h·人)
2、选型
双冷源温湿分控新风机组
设备热回收率≥75%
设备耗电量＜0.45(W·h)/m³
四、双冷源温湿分控空调系统
高温冷源：高温地源热泵机组，决定空调系统节能效果的关键，主要承担新风负荷和室内显热负荷。
低温冷源：新风机组自带压缩机，主要承担室内潜热。
显热负荷：一种是由于导热、对流、辐射等引起的室内温度的升高或降低。
潜热负荷：一种是由于室内人体散湿、设备与工艺过程散湿或空气渗透等引起室内环境湿度的增加或减少。
五、双冷源温湿分控空调设计
1、内冷式双冷源新风机组
内冷式双冷源新风机组是用来保障室内湿度和空气品质的主要设备。本项目所使用的双冷源型新风机组采用地源热泵主冷源进行新风预处理，自带蒸发除湿冷源对新风进行深度除湿，冷凝热可对除湿后的新风进行加热，多余的冷凝热通过排风系统排到室外。确保新风恒温、恒湿的同时，实现节水、节能运行的目的。
2、干式风机盘管
干式风机盘管是用来保证室内温度舒适的主要设备。干式风盘采用独特的准逆流换热器，使用16℃的高温冷源供冷，确保室内末端中对空气的冷却过程成为干式冷却，不再有冷凝水产生，从而可以彻底解决困扰我们逾百年的“湿表面”细菌滋生的问题，使“健康空调”这一人类梦想得以真正实现。
六、双冷源温湿分控空调示意
七、新风管道安装操作要点
新风风管室内施工与一般工程无异，主要针对被动房的气密性及无热桥性能进行针对性处理。
1、工艺流程：
预留洞尺寸复核→风管安装→穿墙位置岩棉密实填充→粘贴防水隔气膜、透气膜→管道保温
2、操作要点：
预留孔洞尺寸：预留孔洞平整、清洁，与风管间距尺寸确保50mm以上。
风管安装：风管安装穿墙部位无接头，风管表面清理干净，以便下一步防水隔汽膜、透汽膜的可靠粘贴。
岩棉施工：风管与预留洞之间利用岩棉进行填塞并密实，个别缝隙利用聚氨酯发泡进行封闭，主要作用是隔离金属风管与墙体之间的热桥反应。
防水隔汽膜、透汽膜施工：为处理风管与预留孔洞之间缝隙气密性的薄弱环节，此处外墙内侧利用防水隔汽膜进行粘贴，保证此处的气密性，外墙外侧选用防水透汽膜，保证岩棉受潮后水蒸气能散发出来。
保温施工：选用B1级橡塑保温材料，保温层与风管外表面有专用胶水可靠粘接。