張宏研

摘 要：地源熱泵式中央空調系統(tǒng)是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調系統(tǒng)，它的核心部件是YS系列地源（熱泵）機組。地源熱泵通過輸入少量的高品位能（電能），即可實現(xiàn)能量從低溫熱源向高溫熱源的轉移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內用于采暖；在夏季，把室內的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

關鍵詞：地源熱泵式中央空調；地源（熱泵）機組；螺桿制冷壓縮機

0 引言

由于我國政府的節(jié)能新政策陸續(xù)出臺，為地源熱泵的發(fā)展創(chuàng)造了良好的市場環(huán)境，中國的大多數(shù)地區(qū)的地質條件也適合發(fā)展地源熱泵，預計未來幾年將進入快速發(fā)展期。中國每年城鄉(xiāng)新房建設房屋面積近20億m2，其中80%以上是高能耗建筑，現(xiàn)有建筑近400億m2，95%以上是高能耗建筑。以每年2億m2使用地源熱泵計算，則市場份額可達600億元左右。

本項目開發(fā)的新產(chǎn)品符合國家行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保要求，產(chǎn)品市場前景非常樂觀。

1 YS系列地源（熱泵）機組的總體技術方案研究

收集國內外相關資料，進行分析研究，根據(jù)我國的實際情況確定實施方案，對研究的內容進行深入的理論分析，通過試驗，優(yōu)化關鍵技術參數(shù)，解決結垢與功能配置的技術難題，完成部件與整機的開發(fā)，進行整機性能試驗與可靠性考核。

1.1 YS-320型地源（熱泵）機組的設計方案

1.1.1 總體方案的研究

YS-320型地源（熱泵）機組采用螺桿制冷壓縮機、高效冷凝器與蒸發(fā)器、電子膨脹閥及全自動智能控制系統(tǒng)，機組具有結構緊湊、外形美觀、操作方便及遠程操作等特點。螺桿制冷壓縮機設計結構緊湊，運動部件少，配備無級能量調節(jié)滑閥裝置；該壓縮機具有極高的可靠性及穩(wěn)定性、噪音低、氣體壓縮效率高等特點。高效冷凝器與蒸發(fā)器采用外肋及內肋高效換熱銅管，具有換熱效率高、換熱溫差小等特點，有效地提高機組的能效比，減小了機組的外形尺寸。電子膨脹閥供液控制精準，將蒸發(fā)器過熱度控制在2℃以內，有效地利用了蒸發(fā)器的換熱面積，提高機組的效率。全自動智能控制系統(tǒng)，機組可實現(xiàn)無人值守，自動處于經(jīng)濟運行狀態(tài)；可實現(xiàn)故障報警自動校正、自動記錄等功能。

1.1.2 工作原理

YS-320型冷水（熱泵）機組是通過4個過程來完成的。即：節(jié)流過程——蒸發(fā)過程——壓縮過程——冷凝過程。簡單地說八個字，即節(jié)流、蒸發(fā)、壓縮、冷凝。

節(jié)流，通過節(jié)流裝置，即節(jié)流閥（也稱調節(jié)閥或膨脹閥）。制冷劑的高壓液體經(jīng)過閥的狹窄通道使其流量和壓力得到節(jié)流變小而成為低壓液體進入蒸發(fā)器，此時制冷劑的流量和壓力雖然變了，但制冷劑的液體形態(tài)基本沒變。

蒸發(fā)，通過熱交換裝置，即蒸發(fā)器。低壓液體在其中與外界的熱量進行熱交換（即傳熱，實際為吸熱）而產(chǎn)生沸騰（汽化）現(xiàn)象。從而使外界物體的溫度不斷得到降低。沸騰（汽化）后產(chǎn)生低壓制冷劑蒸氣，從而改變了制冷劑的形態(tài)，由低壓液體改變成低壓氣體，但壓力未改變。

壓縮，通過制冷壓縮機。低壓低溫制冷劑蒸氣被壓縮機吸入，經(jīng)過氣缸壓縮，成為高壓高溫氣體排出壓縮機。在這其間只改變了蒸氣的壓力，但氣體的形態(tài)未改變。

冷凝，通過熱交換裝置，即冷凝器（也稱散熱器）。高壓高溫制冷劑蒸氣在其中將熱量傳遞給外界（實際為放熱）而冷凝（冷卻）而液化，從而又改變了制冷劑的形態(tài)，由高壓蒸氣改變成高壓液體，但壓力未改變。

整個制冷過程就是通過這4個裝置形成一個循環(huán)系統(tǒng)，如此反復循環(huán)，從而使冷凝器中不斷產(chǎn)生熱水，而蒸發(fā)器中不斷產(chǎn)生冷水。

1.2 整機參數(shù)的確定及設計計算

制冷工況：制冷量：320kW

冷媒水進水溫度：12℃

冷媒水出水溫度：7℃

冷卻水進水溫度：30℃

冷卻水出水溫度：35℃

制熱工況：制熱量：358.9kW

冷媒水進水溫度：15℃

冷媒水出水溫度：8℃

冷卻水進水溫度：40℃

冷卻水出水溫度：45℃

1.3 蒸發(fā)器的設計計算

1.3.1 基本設計條件

制冷劑為R134a，蒸發(fā)溫度2℃，冷凝溫度40℃，供冷工況下冷卻水進水溫度30℃，冷卻水出水溫度35℃，冷凍水進水溫度12℃，冷凍水出水溫度7℃，過熱度5℃，壓縮機效率0.8，8m3/min主機。

1.3.2 蒸發(fā)器的規(guī)劃

蒸發(fā)管選取φ15.88×0.8的銅管，長度為3m。選擇4流程。

所布銅管的面積：（284-4）×3.14×3×0.01588=41.89㎡

1.4 冷凝器的設計計算

1.4.1 冷凝器規(guī)劃

選擇φ15.88×1.1的銅管，管長3m，選用2流程，殼體內徑361mm。

所布管的面積（75×2-4）×0.193×3=84.534㎡

2 試驗研究

2.1 試驗目的

通過試驗，掌握該機的性能，為下一步產(chǎn)品改造提供設計依據(jù)。

2.2 試驗方法

依據(jù)標準：GB/T10870

主要試驗方法：液體載冷劑法

校核試驗方法：機組熱平衡法

2.3 實驗結果

YS-320型冷水（熱泵）機組各項指標均優(yōu)于國家標準，機組運行穩(wěn)定，具有全自動智能系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守。故障報警可實現(xiàn)自動記錄、自動校正等。

3 結論

地源熱泵空調系統(tǒng)充分利用可再生能源，節(jié)約常規(guī)能源，具有可觀經(jīng)濟效益，未來的市場將極其廣泛。

參考文獻

[1]黃淵，常征.地源熱泵中央空調系統(tǒng)在建筑中的應用與安裝[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊，2010，（16）：249-250.

[2]佚名.地源熱泵中央空調系統(tǒng)[J].新疆交通科技，2015，（1）：93.

（作者單位：金豪新能源科技（大連）有限公司）