冷源系统节能技术能效评价

冷源系统

冷源系统是给建筑提供冷却能量的来源，冷源系统的选择通常要考虑项目的使用性质、特点、气候条件、环保政策等，可供选择且技术较为成熟的冷源有如下几种：

Ａ．空气源热泵机组

Ｂ．地源／水源热泵

Ｃ．水环热泵

空气源热泵系统

空气源热泵机组是由压缩机——换热器——节流阀一一吸热器——压缩机等装置构成的一个循环系统。在压缩机的作用下，冷煤在液态和气态之间不停转换、在系统内循环流动。制冷介质通过在压缩机的压缩，升压升温成高温气体（温度高达１０（ＴＣ），随后进入换热器与风进行热量交换，被冷却并转化为低温高压的液体，经过节流阀，低温高压的液体迅速吸热蒸发再次转化为气体，同时温度２８下降至远低于周围空气的温度，冷媒通过吸热器从外界空气源源不断地吸收低温热量。冷媒如此往复地不断循环，就实现了把空气中的低温热量转移至外界的过程。

与制冷量达到数百、甚至数千冷吨制冷量的水冷式冷水机组相比，空气源热泵机组的制冷量通常在１００冷吨左右，属中小型机组，适用于几百平米至一万平米的建筑物。

空气源热泵机组优点：

（１）空气源热泵即可制冷、又可制热，适用同时具有采暖和制冷需求的场合。

（２）空气源热泵机组都是户外安装，不需要设置机房，节约了建筑投资。

（３）附属设备少，一次能源利用率非常高，效率可达９０％，节约了能源消耗。

（４）省去了冷却塔、冷却水泵，减少了这部分附加设备的投资。

（５）在西北等缺水地区，采用空气源热泵系统可以节省大量的冷却水。

空气源热泵机组缺点：

（１）噪声大，需要增加额外的降嗓投资。

（２）能效比受室外气温影响较大，在夏季、冬季制冷制热高峰期时综合能效比较低。

（３）单机制冷量较小，应用于大型建筑时可以通过机组组合增加制冷量但占地面积较大，有时难以寻找合适的安装空间，限制了它的应用。

空气源热泵的应用：

在我国，空气源热泵是发展应用增长最为迅速的一种冷热源设备，目前开发出来的设备已经适用于南到海南岛、北到黑龙江的广大区域。虽然从系统节能和操作运用费用的角度考虑，风冷式冷水机组的冷量输出较小、制冷效率低，但由于其系统投资少，特别适合于单体面积较小的建筑，从而得到了广泛的应用。

地源／水源热泵系统

地源／水源热泵一种以岩石、土壤、地下水或地表水为低温热汇，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内末端系统组成的供热空调系统。

通过输入较少的高品位能源（如电能），地源热泵通过做功，把陆地浅层土壤或水体里蕴藏的能源实现由低品位热能向高品位热能转移的系统。地源热泵效率高于空气源热泵，空气源热泵的制冷性能系数ＣＯＰ通常在３左右，而地源热泵的ＣＯＰ值则达到４以上，与空气相比，地表浅层土壤温度更为稳定，故地源热泵的平均效率要远高于空气源热泵。地表浅层土壤储存的能量来源于太阳，本质是在间接利用太阳能，所以把地源热泵归属为可再生能源技术。地源热泵是利用了埋深距地表在４００米以内的地热资源作为冷热源，通过压缩机把冷热量自地下往复取出和回馈的供冷供暖空调系统。通常把地表浅层地热资源称之为地能，是指地表吸收太阳照射而蕴藏的低位热能。地表浅层收集了４７％的太阳辐射能量，相当于一个无比巨大的太阳能集热器，收集的能量达到了人类目前每年利用能量总和的５００多倍。

地源热泵环境效益显著。由于取消了锅炉房、冷却塔，消除了燃烧燃料造成的对空气的污染和冷却塔运行时产生的漂水、滋生细菌污染。完全可以不受限制地建造在居民区内、风景区内。

地源热泵系统既可供暖、制冷，做到了一机多用，还可加热生活热水，一套系统实现了锅炉加冷水机组两套系统的功能。地源热泵机组模块化设计，可根据冷热负荷的大小随意组合，广泛应用于各种公共建筑。

因为机械运动部件非常少，所以地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的换热部件埋在地下，不受室外的恶劣气候影响。机组结构紧凑、尺寸可以小型化，节省安装空间。机组集成了自动化控制系统，做到了无人值守。冬季地源热泵机组利用土壤或水体温度为当地的平均气温，在夏热冬冷和夏热冬暖地区往往可达１２？２２°Ｃ，比当地同期室外环境空气平均温度高１０°Ｃ以上，因为制热循环的蒸发温度提高了，能效比也相应提高；在夏季时，土壤或水体温度在１８-３２°Ｃ之间，比环境空气温度要低１０°Ｃ以上，因为制冷循环的冷凝温度降低了１０°Ｃ甚至更多，冷却效果提升明显，制冷效率要比风冷式和冷却塔式好得多，通常可节约３０-４０％的运行费用。

与通过燃烧燃料把内能转化为热能的锅炉（燃油、燃气）供热系统相比，锅炉供热仅能将大约７０-９０％的燃料内能转化为热量供用户使用，因此地源热泵要比燃料锅炉节省约三分之一的能量。由于土壤的温度全年较为稳定，受室外气温影响小，温度范围通常在１０-２５°Ｃ之间，与该地的年平均气温接近，利用其作为地源热泵吸热、散热热源载体时，制冷、制热系数可达４-５，要比传统的空气源热泵高出３０％-４０％，可节省近一半的运行费用。

但地源热泵的缺点在很大程度上影响了它的推广和应用，首先，无论采用何种形式，均需要有大面积的、可利用的埋设地面面积，对于市中心的建筑来说，往往无法提供如此多的可利用的面积。如果将地埋管埋在建筑结构基础的下面，则需要大量的土方开挖、钻孔及回填，这些费用比较高昂。

水环热泵系统

是一种以水为换热载体的热泵的系统形式。它通过一跟供水干管、一根回水干管组成的封闭的水环路将众多的的水——空气热泵机组并联起来，一部分工作于制热工况的机组将系统中的循环水作为吸热的“热源”，另一部分工作于制冷工况的机组将系统中的循环水作为放热的“热汇”，构成了以回收建筑物内部余热为主要目的的空调系统。

水环热泵空调系统首先出现于２０世纪６０年代的美国加利福利亚州，故也称加利福利亚系统１５３１。日本于２０世纪７０年代后引入，我国则于２０世纪８０年代初尝试在一些建筑物中进行应用由于其可以回收建筑内部余热，因此其节能效益和环保效益显著，从上个世纪９０年代开始，水环源热泵空调系统在我国开始广泛应用。

水环热系空调系统的工作原理：供暖时，以环路中的水为加热源，房间从水环路吸取热量；在制冷时，则以水为排热源，热量由房间排向水环路。当水环吸热量小于放热量时，环路中的水温度升高，当水温超过３５°Ｃ时，利用冷却塔放出热量；在制热时，当环路中的水温度低于１５°Ｃ时，通过辅助热源向水环路中增加热量。当系统中一部分热泵机组向水系统环路中排放热量时，而另一部分热泵机组从水系统环路中获取热量，当排放的热量与获取的热量基本相等时，此时系统运行效率最高，不需要开启冷却塔散热或辅助热源加热，环路中的水温将维持在１５-３５°Ｃ范围内。

水环热泵系统的缺点

（１）噪声大。机组集成压缩机、风机于一体，安装在室内，噪声大，降噪困难。

（２）新风处理困难。夏季处理新风时负荷太大，除湿能力有欠缺；冬季室外气温过低时，容易造成机组停机。

（３）无法利用室外新风免费制冷。通常都为小型机组，直接安装在空调房间内，无法利用室外新风冷量。

（４）配电容量大。小型机俎的能效比远小于大型蒸汽压缩式冷水机组，在同样制冷量的情况下，小机组总的耗电量大。

在几种冷热源系统中，地源／水源热泵系统把土壤、地表或地下水体作为蓄热、蓄冷载体，在制冷时将建筑物内的热量转移至载体储存起来，在制热时再将其提取出来。由于土壤、水体的热容量大、传热效率高，地源热泵、水源热泵的能效比空气源热泵高４０％左右。在综合体的冷热源设计上，为了尽可能利用各种冷热源的优势，复合式能源系统是一个合适的解决方法。所谓复合式能源系统就是设计两种或两种以上能源系统联合提供能源。