地源熱泵及新風系統技術應用
今天我們用案例來探討一種新型的空調系統。這個工程空調系統採用地源熱泵+雙冷源新風機組+乾式風機盤管，具有節能、舒適、安全、經濟的綜合優勢。
工程概況
一、工程基本情況
工程空調系統採用地源熱泵+雙冷源新風機組+乾式風機盤管，具有節能、舒適、安全、經濟的綜合優勢。
二、空調系統設計概括
三、空調系統：雙冷源溫濕分控系統
1、冷熱源：地源熱泵系統
2、空調水系統風機盤管
1.）兩管制變流量一級泵系統；
2.）冷凍水循環泵採用定速泵；
3.）空調水系統豎向不區分夏冬，冷熱水切換由制冷機房切換閥執行；
4.）採用高位膨脹水箱補水定壓，補水為軟化水；
3、空調新風系統新風系統
）主樓房間內：內冷式雙冷源新風熱回收機組。
）主樓衛生間：單獨設熱回收新風機組，新風量為排風量的80%。
）主樓消防控制室：分體空調。
地源熱泵技術應用
一、何為地源熱泵
地源熱泵是指利用淺層（通長小於400m深）地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的即可供熱又可製冷的高效節能空調設備。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現由低品位熱能向高品位熱能轉移。一般在空調系統中，地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季製冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度後，供給室內採暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地能中去。
1、組成部分
室外地能換熱系統+地源熱泵機組+室內採暖空調末端系統。
其中地源熱泵機主要有兩種形式：水—水式、水—空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建築物採暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。
2、形式分類
開式系統：是直接利用水源進行熱量傳遞的熱泵系統。該系統需配備防砂堵，防結垢、水質凈化等裝置。
閉式系統：是在深埋於地下的封閉塑料管內，注入防凍液，通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統。閉式系統不受地下水位、水質等因素影響。
3、主要特點
1）地源熱泵技術屬於可再生能源。
地表淺層（地能）是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量）。
2）地源熱泵屬經濟有效的節能技術。
其地源熱泵的COP值（COP熱泵系統所能實現的制熱量和輸入功率的比值）達到了4以上，也就是說消耗1kwh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。
3）地源熱泵環境效益顯著。
裝置運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。地源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比也可以減少40%以上；與電供暖相比可以減少70%以上，它的制熱系統比燃氣鍋爐的效率平均提高近50%，比燃氣鍋爐的效率高出了75%。
4）地源熱泵一機多用，應用範圍廣。
地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統；可應用於賓館、商場、辦公樓、學校等建築，更適合於別墅住宅的採暖、空調。
5）地源熱泵空調系統維護費用低。
地源熱泵的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內，從而避免了室外的惡劣氣候，機組緊湊、節省空間。
二、設備選型
1、冷熱負荷需求
末端：乾式風機盤管、新風機組；
主樓：主樓建築總冷負荷378KW，熱負荷140KW;
報告廳：建築總冷負荷316.9KW，熱負荷238.9KW。
2、地源熱泵系統方案
主樓（高溫螺桿式地源熱泵機組）：機組額定工況製冷量406KW，冷凍水供回水溫度16/21℃；過渡季或負荷較小情況下利用土壤余冷直接通入末端設備進行製冷，機組額定工況制熱量369KW，空調熱水供回水溫度40/35℃。
報告廳（螺桿式地源熱泵機組）：機組額定工況製冷量342KW，冷凍水供回水溫度7/12℃；機組額定工況制熱量384KW，空調熱水供回水溫度45/40℃。
三、地源熱泵系統地熱換熱器布置
四、地源熱泵機組
在冬天，1千瓦的電力，可將土壤（或水源）中4-5千瓦的熱量送入室內。在夏天，過程相反，室內的熱量被熱泵轉移到土壤或水中，使室內得到涼爽的空氣。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復始，將建築空間和大自然聯成一體。以最小的低價獲取了最舒適的生活環境。
壓縮機(Compressor)：起著壓縮和輸送循環工質從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（製冷）系統的心臟；
蒸發器(Evaporator)：是輸出冷量的設備，它的作用是使經節流閥流入的製冷劑液體蒸發，以吸收被冷卻物體的熱量，達到製冷的目的；
冷凝器(Condenser)：是輸出熱量的設備，從蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機消耗功所轉化的熱量在冷凝器中被冷卻介質帶走，達到制熱的目的；
膨脹閥(Expansion Valve)或節流閥(Throttle)：對循環工質起到節流降壓作用，並調節進入蒸發器的循環工質流量。
根據熱力第二定律，壓縮機所消耗的功（電能）起到補償作用，使循環工質不斷地從低溫環境中吸熱，並向高溫環境放熱，周而往複地進行循環。
五、地源熱泵系統示意
六、地源熱泵施工工藝
1、地埋管工藝流程
2、機房設備安裝工藝流程
七、地源熱泵目前存在的問題
1、地源熱泵的技術存在的最大不足是「土壤熱不平衡」的問題。
地源熱泵應用會受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同；採用地下水的利用方式，會受到當地地下水資源的制約；打井埋管受場地限制比較大，必須有足夠的面積用於打井和埋管；設計及運行中對全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡。
2、針對工程，施工中存在地質不明確的狀況經常發生。
地下孔洞、溶洞、地下水位置不明確會對正常施工質量、進度造成不良的影響。
新風系統技術應用
一、雙冷源溫濕分控空調系統
1、雙溫冷源系統
它是在一個空調系統中採用兩種不同品位（不同蒸發溫度）的冷源，用低品位冷源（高溫冷凍水）取代傳統空調系統中大部分由高品位冷源（低溫冷凍水）承擔的熱濕負荷，從而通過提高空調製冷系統綜合製冷效率（綜合COP），達到節省空調系統運行能耗之目的。
2、溫濕分控
在該系統中，將溫度、濕度分別由不同的設備系統進行調節與控制。高溫冷源為主冷源，負責承擔全部室內顯熱負荷和全部新風負荷，占空調系統總負荷的比例一般為85~90%；低溫冷源為輔助冷源，只承擔室內濕負荷，占空調系統總負荷的比例一般只有15~20%。
3、組成部分
根據低壓冷源設置方案不同，雙冷源系統有內冷式、水冷式和集中式三種基本形式。
二、主要特點
1、空調冷源綜合能效提高而實現系統節能。
該系統採用高溫冷源和低溫冷源共同承擔空調總負荷，改變了傳統空調系統由低溫冷源承擔全部空調負荷的設計方法。高溫冷源能效達到8以上，而具有2級能效（屬於節能產品）的低溫冷源的能效約為5.1。
2、通過溫濕分控，可避免夏季過度除濕造成的能源浪費。
在傳統空調系統中，由於溫度和濕度是捆綁在一起同時進行調節和控制，在一般性舒適空調系統中，往往不能很有效地同時保證溫度和濕度參數，而在工藝空調系統中，為精確控制室內溫度和濕度，往往採取過度冷卻和再熱方式，過度冷卻和再熱是傳統空調系統的原理性缺陷，而在該系統中，溫度和濕度是由不同的系統和設備獨立調節和控制的，相對而言更方便、更有效、更精確，而且不必過度冷卻和再熱，不存在能量浪費。
3、空調末端實現「干工況」，有助於改善室內控制品質。
在雙冷源溫濕分控空調系統中，由於所有室內末端全部採用16℃高溫冷源，因此室內末端中的表冷器只用來降溫，不再有冷凝水，不會再成為濕表面，即使沾灰也不會再有細菌滋生，安全衛生。
三、設備選型
1、技術要求
被動式超低能耗建築;
室內環境要求：
a.室內溫度：20-26℃
b.相對濕度：40%-60%
c.CO2含量：≤1000ppm
d.新風要求：≥30m3/(h·人)
2、選型
雙冷源溫濕分控新風機組
設備熱回收率≥75%
設備耗電量＜0.45(W·h)/m3
四、雙冷源溫濕分控空調系統
高溫冷源：高溫地源熱泵機組，決定空調系統節能效果的關鍵，主要承擔新風負荷和室內顯熱負荷。
低溫冷源：新風機組自帶壓縮機，主要承擔室內潛熱。
顯熱負荷：一種是由於導熱、對流、輻射等引起的室內溫度的升高或降低。
潛熱負荷：一種是由於室內人體散濕、設備與工藝過程散濕或空氣滲透等引起室內環境濕度的增加或減少。
五、雙冷源溫濕分控空調設計
1、內冷式雙冷源新風機組
內冷式雙冷源新風機組是用來保障室內濕度和空氣品質的主要設備。本項目所使用的雙冷源型新風機組採用地源熱泵主冷源進行新風預處理，自帶蒸發除濕冷源對新風進行深度除濕，冷凝熱可對除濕後的新風進行加熱，多餘的冷凝熱通過排風系統排到室外。確保新風恆溫、恆濕的同時，實現節水、節能運行的目的。
2、乾式風機盤管
乾式風機盤管是用來保證室內溫度舒適的主要設備。乾式風盤採用獨特的准逆流換熱器，使用16℃的高溫冷源供冷，確保室內末端中對空氣的冷卻過程成為乾式冷卻，不再有冷凝水產生，從而可以徹底解決困擾我們逾百年的「濕表面」細菌滋生的問題，使「健康空調」這一人類夢想得以真正實現。
六、雙冷源溫濕分控空調示意
七、新風管道安裝操作要點
新風風管室內施工與一般工程無異，主要針對被動房的氣密性及無熱橋性能進行針對性處理。
1、工藝流程：
預留洞尺寸複核→風管安裝→穿牆位置岩棉密實填充→粘貼防水隔氣膜、透氣膜→管道保溫
2、操作要點：
預留孔洞尺寸：預留孔洞平整、清潔，與風管間距尺寸確保50mm以上。
風管安裝：風管安裝穿牆部位無接頭，風管表面清理乾淨，以便下一步防水隔汽膜、透汽膜的可靠粘貼。
岩棉施工：風管與預留洞之間利用岩棉進行填塞並密實，個別縫隙利用聚氨酯發泡進行封閉，主要作用是隔離金屬風管與牆體之間的熱橋反應。
防水隔汽膜、透汽膜施工：為處理風管與預留孔洞之間縫隙氣密性的薄弱環節，此處外牆內側利用防水隔汽膜進行粘貼，保證此處的氣密性，外牆外側選用防水透汽膜，保證岩棉受潮後水蒸氣能散發出來。
保溫施工：選用B1級橡塑保溫材料，保溫層與風管外表面有專用膠水可靠粘接。
