浅析地能中央空调系统

地能中央空调的概念
　　地能中央空调系统是一种利用地下浅层地热资源（如地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地能中央空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，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。通常地能中央空调系统消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。 　　
　　与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地能中央空调系统要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地能中央空调系统的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近五年来，地能中央空调系统空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地能中央空调系统市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的冷暖空调技术。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

地能中央空调系统国内外发展近况 　　
　　地能中央空调系统的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地能中央空调系统真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地能中央空调系统，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地能中央空调系统系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国地能中央空调系统工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地能中央空调系统厂家组成的美国地能中央空调系统协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地能中央空调系统的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。 　　　　与美国的地能中央空调系统发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地能中央空调系统，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地能中央空调系统所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。 　　
　　我国的地能中央空调系统事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。清华同方、山东富尔达、美国特灵等公司已先后在国内建成数个示范工程，使越来越多的中国用户开始熟悉地能中央空调系统，并对其应用产生了浓厚的兴趣。近年来各国政府一方面是要倡导节约常规能源、充分利用可再生能源；另一方面，各国政府科研机构对地能中央空调作了大量的技术开发，并积累了丰富的工程应用经验。只要科研机构与各企业共同努力，辅以政府机构的大力支持，中国的地能中央空调系统产业定会迅猛发展。 　　　　　　　　　　
地能中央空调系统特点 　　
1、属可再生能源利用技术：地能中央空调系统是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层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。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。 　　
2、属经济有效的节能技术：地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地能中央空调系统比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。 　　
3、环境效益显著：地能中央空调系统的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与常规电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量。该装置的运行没有任何污染，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。 　　
4、一机多用，应用范围广：地能中央空调系统系统可供暖、供冷，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、供冷。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。 　　

地能中央空调系统工作原理及分类 　　
1、地能中央空调系统原理 　　
　　地能中央空调系统是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。 　　
　　地能中央空调系统供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水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。 　　
　　地能中央空调系统同空气源热泵相比，有许多优点：（1）全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地能中央空调系统的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。（2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。 　　
2、地能分类
地源按照室外换热方式不同可分为三类：
1.土壤埋盘管系统，2.地下水系统，3.地表水系统。 　　根据循环水是否为密闭系统可分为闭环和开环系统。 　　
３、地能中央空调应用方式 　　
　　地能中央空调系统的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。 　　
　　家用系统：用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅等户式空调。 　　
　　中系统：热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。 用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。 　　　　混合系统：将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。 南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。北方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸，节省投资。 　　
　　分散系统或混合系统实质上是一种水环路地能中央空调系统形式。

水环路地能中央空调系统 　　
　　地能中央空调系统由许多台地能中央空调机组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起，该水管路既作空调工况下的冷源，又作供暖工况下热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。 　　
　　夏季运行：全部或大多数机组为供冷，热量水环路排至室外的冷源，如地源或冷却塔。 　　
　　春季/秋季运行：对有内区与周边区的建筑物，会出现内区需要供冷而周边区需要供热，内区的热量就可被周边区所利用，即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时，室外的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行，能量在建筑物内部转移，运行费用最少，节能效果明显。 　　
　　冬季运行：全部或大多数机组为供热，供热源（地源或加热源）把热量补充到水环路。 　

地能中央空调系统除具有显著节能特点外，还具有以下特点： 　　
1、节省占地：不设大的冷冻机房，没有冷却塔系统。 　　
2、能源费用单独计量：由各部门、住户或单位独立承担，能源费用计量简单且公平，符合当前的能源费用独立计量方法。 　　
3、调节灵活：每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。 　　
4、灵活应用：能灵活充份地满足建筑物各个区的需要，并随时可以更改用途。