于文海

摘 要：文章先分析了地源熱泵的運(yùn)行原理，隨后介紹了火車站的中央空調(diào)應(yīng)用狀況，并對(duì)其應(yīng)用效益進(jìn)行詳細(xì)分析，最后對(duì)地源熱泵中央空調(diào)的實(shí)際效用進(jìn)行總結(jié)，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；中央空調(diào)；火車站

引言：某一火車站是一等甲級(jí)的客貨運(yùn)站，日最高的人流聚集量可以達(dá)到十五萬人，是當(dāng)?shù)刂匾慕煌屑~。車站的候車廳本來是空調(diào)設(shè)計(jì)，整窗封閉，但是在實(shí)際投入使用后，一直沒有安裝通風(fēng)換氣設(shè)備和空調(diào)，導(dǎo)致室內(nèi)通風(fēng)條件較差，在夏季火車站中的候車廳溫度幾乎可以達(dá)到四十?dāng)z氏度，室內(nèi)空間難聞，對(duì)車站的服務(wù)質(zhì)量和窗口形象造成影響，為此需要進(jìn)行全面改革。

一、地源熱泵運(yùn)行原理

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提升，空調(diào)已經(jīng)成為公共住宅和公共建筑中的普遍需求。發(fā)達(dá)國家中空調(diào)和供熱能耗在整個(gè)社會(huì)消耗中可能會(huì)占到25%到30%左右。而我國的能源結(jié)構(gòu)主要是以礦物燃料為主，其中煤炭能源在礦物能源消耗中占據(jù)較大的比重。燃燒礦物資源容易產(chǎn)生各種污染氣體，進(jìn)而對(duì)大氣環(huán)境造成不良影響，包括二氧化碳和二氧化硫等有害氣體，而氣候環(huán)境也逐漸成為各個(gè)國家重點(diǎn)關(guān)注的問題。

地源熱泵的中央空調(diào)技術(shù)，結(jié)合了地表下水資源和土壤的龐大儲(chǔ)存量以及恒溫特點(diǎn)，創(chuàng)建出一種空調(diào)機(jī)組運(yùn)行的最佳環(huán)境，其制冷過程中，機(jī)組會(huì)置換空調(diào)內(nèi)部空間的熱量，并將其傳輸?shù)降叵滤春屯寥栏浇?，在制熱過程中，機(jī)組還會(huì)把地下深層的土壤熱能輸送到采暖連通空進(jìn)內(nèi)，因?yàn)榈叵峦寥罍囟冗m中，因此可以促進(jìn)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效率的全面提升。其能效比值處于采暖過程中時(shí)能夠超出4.0，在制冷工作中則可以達(dá)到5.2，和一般的中央空調(diào)相比，其節(jié)能效果達(dá)到了30%到50%左右，具有突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)機(jī)組在運(yùn)行過程中的用水量較少，噪音小，不會(huì)產(chǎn)生任何多余的污染物和廢棄物，環(huán)保效果突出。其安裝過程中，機(jī)組的組裝工作比較方便簡(jiǎn)單，占地小，進(jìn)而省去了室外搭建冷卻塔的占地，縮減了機(jī)組的維修量，大大降低了投資成本，是現(xiàn)代化發(fā)展過程中比較經(jīng)濟(jì)的一種空調(diào)技術(shù)。

二、火車站中央空調(diào)應(yīng)用狀況

本文以某一火車站中的地源熱泵，即地埋管中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)建方案為例，設(shè)計(jì)成水式熱泵機(jī)組以及地埋管的換熱器系統(tǒng)，包括室外管道、室內(nèi)系統(tǒng)、地下?lián)Q熱系統(tǒng)和地緣熱泵機(jī)組等幾部分構(gòu)成，整體投資金額達(dá)到四百萬元。

第一，在設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，夏季室外的計(jì)算干球溫度設(shè)置為35.2攝氏度，而計(jì)算濕球的溫度設(shè)置為27.9攝氏度。冬季計(jì)算干球的相對(duì)濕度是69%，而溫度狀態(tài)是-7攝氏度。夏季的室內(nèi)溫度是25到27攝氏度之間，冬季火車站候車室中的室內(nèi)溫度是16到18攝氏度，而辦公室中的溫度是18到20攝氏度。

第二，需要確定熱負(fù)荷與冷負(fù)荷按照車站中的實(shí)際狀況和中央空調(diào)的應(yīng)用功能，進(jìn)行全面計(jì)算，最終得出熱量總負(fù)荷是530千瓦，而冷負(fù)荷是731.8千瓦。

第三，是對(duì)熱泵機(jī)組進(jìn)行合理選型。針對(duì)中央空調(diào)的熱泵機(jī)組可以選擇MWH105CA型號(hào)，共需要兩臺(tái)設(shè)備，其中地源熱泵技術(shù)的主要參數(shù)是供熱量每臺(tái)400千瓦，供冷來拿是每臺(tái)370千瓦，在夏季的輸入功率是每臺(tái)73.1千瓦，而在冬季的輸入功率是每臺(tái)98.3千瓦。

第四，地埋管換熱系統(tǒng)，按照整體的負(fù)荷量進(jìn)行綜合計(jì)算，地埋管的換熱器總長(zhǎng)度是四萬米，呈雙U型下管，下管的埋藏深度是一百米，孔徑是D150，共有一百個(gè)孔，孔之間的距離是4米，地表層中的連接管道埋藏深度是2米，地下管選擇DN32的專用聚乙烯塑料材料制作而成的管材。

三、效益分析

從實(shí)際效用角度分析，通過冷水機(jī)組和燃煤鍋爐聯(lián)合應(yīng)用的中央空調(diào)是一種最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，但是我國當(dāng)下大部分城市都開始禁止創(chuàng)建燃煤鍋爐系統(tǒng)，同樣本地也是如此，此外，我國鐵道部還明確規(guī)定了在沒有特殊的條件要求下，禁止構(gòu)建燃油鍋爐。因此將燃油鍋爐和燃煤鍋爐進(jìn)行對(duì)比已經(jīng)沒有任何意義，這里僅和燃?xì)忮仩t加上冷水機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行比較分析。當(dāng)前，該市的天然氣標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格是每立方米2.4元，電價(jià)是每千瓦時(shí)0.83元。按照該火車站的實(shí)際應(yīng)用狀況和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，該火車站中的中央空調(diào)系統(tǒng)在夏季需要持續(xù)運(yùn)行十二天，火車站第一層中的第一候車室需要每天連續(xù)運(yùn)行二十四小時(shí)。而二層的候車室和火車站中的辦公區(qū)以及售票廳需要每天連續(xù)運(yùn)行十六個(gè)小時(shí)，剩余空間每天需要連續(xù)運(yùn)營十個(gè)小時(shí)。冬季需要連續(xù)運(yùn)行九十天，其中第一層候車室需要每天運(yùn)行二十四小時(shí)，二層的候車室、辦公廳和售票廳需要每天連續(xù)運(yùn)行十六個(gè)小時(shí)，連續(xù)八個(gè)小時(shí)保溫，剩余區(qū)域空間每天需要連續(xù)運(yùn)行十個(gè)小時(shí)，保溫十四個(gè)小時(shí)。

夏季工況，按照國內(nèi)統(tǒng)計(jì)符合以及ARI，每天運(yùn)行二十四小時(shí)，折算成滿負(fù)荷時(shí)間是1152個(gè)小時(shí)，末端功率是15千瓦；每天運(yùn)行十個(gè)小時(shí)折算滿負(fù)荷時(shí)間是480.2小時(shí)，末端功率是2.655千瓦，而每天連續(xù)運(yùn)行十六個(gè)小時(shí)折算滿負(fù)荷時(shí)間是768.2小時(shí)，末端功率是23.4千瓦。水泵的消耗費(fèi)用如下：共有兩臺(tái)循環(huán)水泵，滿負(fù)荷系數(shù)是0.6，共計(jì)30千瓦，電力消耗是51840千瓦時(shí)，費(fèi)用是43027元。冬季制熱狀態(tài)下，電力消耗是272867千瓦時(shí)，電費(fèi)共計(jì)226480元。全年，即中央空調(diào)的一個(gè)運(yùn)行周期的電力消耗是539167千瓦時(shí)，而電費(fèi)共計(jì)447509元。

選擇和本地維度相同，距離接近，天氣和氣候狀況相同的某一城市中的火車站天然氣鍋爐加上冷水機(jī)組系統(tǒng)作為參考物，和地源熱泵的重要空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。其火車站中只有一臺(tái)燃?xì)忮仩t，蒸發(fā)量是每小時(shí)四噸，冷水機(jī)組是16JT665型號(hào)，設(shè)備制冷量是1758千瓦，蒸汽量是每小時(shí)2300千克。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中央空調(diào)平均運(yùn)行投入資金是0.951元/（m2d），如果使用這種方式，本車站中的年消耗費(fèi)用將會(huì)達(dá)到799239元，由此可以看出，和燃?xì)忮仩t加上冷水機(jī)組的方式相比，地源熱泵技術(shù)可以有效節(jié)約費(fèi)用351730萬元，達(dá)到了44%的節(jié)約率，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀[1]。

四、實(shí)際效用

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，地源熱泵技術(shù)下的中央空調(diào)系統(tǒng)具有良好的環(huán)保效果和節(jié)能效果。其在冬季運(yùn)行中，COP是4，投入1千瓦電能，便可以獲得4千瓦熱能，夏季運(yùn)行中，其COP能夠達(dá)到1千瓦電能，即獲得超出4千瓦的冷量。其費(fèi)用消耗僅占傳統(tǒng)中央空調(diào)資金消耗的60%，同時(shí)還無需對(duì)埋熱管進(jìn)行除霜工作，進(jìn)而降低了除霜和結(jié)霜能耗。從環(huán)保性的層面分析，地源熱泵技術(shù)下的中央空調(diào)系統(tǒng)主要是使用地表淺層的熱能資源，無需進(jìn)行燃燒，因此也不會(huì)出現(xiàn)廢棄物和煙氣排放，環(huán)保清潔，無污染。在系統(tǒng)供熱的過程中，還省去了其中的鍋爐房環(huán)節(jié)，在供冷中省去了其中的冷卻塔建設(shè)工作，預(yù)防冷卻塔中的霉菌污染和噪音問題。從可再生角度分析，土壤自身的蓄熱性能突出，在冬季可以利用熱泵將地下低位熱能傳輸至室內(nèi)，為建筑供暖，此外還可以儲(chǔ)存大量冷量。在夏季可以利用熱泵將建筑空間中的熱量輸送到地下實(shí)施自然降溫處理，并儲(chǔ)存熱量，從而為冬季應(yīng)用做好儲(chǔ)備，維持大地的熱量平衡[2]。

結(jié)語：綜上所述，通過車站中的應(yīng)用效果可以發(fā)現(xiàn)，地源熱泵技術(shù)能夠進(jìn)一步提高資源節(jié)約效率，提升能源利用率，降低二氧化碳等溫室氣體的出現(xiàn)，有效減少了各種燃燒污染物的排放，屬于一種持續(xù)發(fā)展節(jié)能技術(shù)，其應(yīng)用范圍較廣，運(yùn)行投入費(fèi)用低，環(huán)保效果和節(jié)能效果顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明.地源熱泵中央空調(diào)技術(shù)在南陽火車站的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益分析[J].節(jié)能，2017（10）：49-50.

[2]韋宏益.地源熱泵中央空調(diào)技術(shù)在南陽火車站的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益分析[C].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)：中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)部，2017：4.