浅析北方冬季环保节能的理想采暖组合形式探讨

论文关键词：节能能源环保建筑北方

论文摘要：对北方地区的建筑项目冬季采暖形式问题进行探讨，举例说明了地源换热形式、分散式中央空调、变频水泵、全自动化电气控制等采暖形式，分析对比了各种采暖形式的环保节能效率。

随着全球经济快速前进，社会向高度文明发展的同时，也带来了全球能源和环境危机，中国政府明确发出“建设节约型环保和谐社会”的号召，并在实际中，对切实合理利用自然能源和环保的建筑项目给予实质上的财政补贴，补贴金额目前已达(30~80)元/m2。

对于北方地区的建筑项目来说，首先要面对的是冬季采暖形式问题(当然夏季的制冷也是很重要的)，采用哪种形式采暖既环保又节能且经济实用，对于当今社会来说非常重要。

1.地源换热(地埋管)形式

太阳能的47%被地表吸收，因此地表浅层蕴涵着大量取之不尽的能量，超过人类每年利用能量的500倍，且不受地域资源限制，无处不在。由于近乎无限且持续恒定的特点，使得地能成为最易被利用的清洁的可再生能源。同样，地下水、河流和湖泊也吸收了大量太阳能。地球实际上成为我们的“锅炉”，在夏季当然成为大家的“冷却塔”。当地球上其他资源越用越少的今天，太阳则天天升起，因此地表层的能量应是北方冬季取暖的首选。

地表层的能源可用打浅井的方式获得，即打井几百米深吸取地下水(约十几度)获得能源，但此种方式水的回灌是非常困难的，往往打一口水井吸水，打两口井回灌也很难将水回灌至地下，且耗费了大量的电能。

地埋管技术是将耐腐蚀的聚乙烯(HDPE)材料制成的管路埋入地下，最常见的是垂直地埋管工程。垂直地埋管形式的地源系统将U型热文换管道垂直放入钻孔内，用回填料从钻孔底部至顶部逐渐灌注封孔。井(孔)深一般为100~130 m，一口并所能换取的热能约能提供100 m2建筑面积的供暖。冬季取暖应根据各地的地质和地热参数来设计地埋管的规模。地埋管另有水平式埋管和桩管埋管等形式，都是合理利用了地能(实质来自太阳能)，且又避免了地下水资源的破坏和浪费。

2.分散式地源热泵机组

地源热泵空调系统是将地热能(一般约十几度)转换为冬季取暖所需的热能(约几十度)。传统地源热泵中央空调机组目前常见且较先进的有锣杆机组(分单锣杆和双锣杆2种)，有单机头至四机头和无极变速等形式。随着科学技术的发展和社会市场对高效节能空调设备的更高要求，分散式空调热泵机组越来越多地受到欢迎，生产锣杆机的厂家多数现已生产分散式空调热泵机组。

分散式地源空调热泵机组融合了传统中央空调与家用空调两种形式的优点，将系统集中性和分散性有机的结合起来，形成一种高能效比(COP )和使用很方便的空调形式。 分散式地源热泵机组节省投资，不需设大型独立机房，节省建筑面积，设备可分期投资，维护费用低，故障率低，故障点低;无需专人管理，节省了人力资源;最重要是运行费用低，节能效果明显。例如建筑物内有100套房间使用空调设备，锣杆机组如四机头或无极变速机头在房间使用率很低情况下(如节假日期间)，也需耗费总功率的20% -30%电能，而分散式机组只需耗费总功率的10%电能。分散式机组可按房间单独计量，免除物业管理麻烦;在空调系统运行时，在某些房间供暖的同时可对其他房间制冷，满足了在过渡季节的不同需要。

3.变频水泵在采暖系统中的节能效果

在采暖系统中，将地埋管中的水抽出并在整个水系统中循环，用水将地热能传输到空调机组，要由一台或几台水泵来完成。传统中央空调需2套水系统水泵—冷却水系统水泵和冷冻水系统水泵。分散式地源热泵机组由于没有主机的存在，只需冷却水系统水泵，节能效果明显。例如北京某饭店选用了3台变频调速装置，运行一年就节电50万kWh，而3套变频调速装置的投资费用是13万，投资回收期不足2年。现变频调速装置改进为一托几的形式，多台水泵电机需一台变频调速装置即可，能更有效地节省电力资源。

4.采暖系统的自动化控制

由地埋管设施和分散式地源热泵空调机组、变频调速装置控制的水泵能够组成高效节能的采暖系统。在整个采暖系统中，分散式地源热泵机组的使用像家用空调一样方便，但与其配套的辅助设备水泵等(如传统中央空调运行时需人工操作)优势就降低了。因此在控制电路设计中应使其做到理想的自动控制功能，做到当采暖系统中任一台空调机组启动运行时，水泵等辅助设备应同时启动运行，保证水系统的运行功能，当运行中的空调机组全部停机时，水泵等辅助设备也随之停机，保证电能不被浪费。现生产厂家已将分散式空调机组装有启动水泵的接线端子，使线路的设计和实现方便了许多。

变频调速控制的水泵在启动运行时，根据空调机组投入运行的台数变化而进行速度的调整，具体实现是每台空调机组通过水的水管装有电磁阀，电磁阀随着机组启动运行和停止而开启或关闭，在管路干管中形成变化的水的压差，变频控制器的压力传感器根据管路中水的压差来控制水泵的运行转速。

在采暖系统实现自动控制的同时，应将空调系统的保护措施考虑周到，如防缺水保护、防冻保护、方便物业管理等。

当采暖系统是由地埋管设施、分散式地源热泵中央空调机组、变频调速控制水泵组成的，并在自动化电路控制下运行时，将形成一套非常有效的节约电力资源、水资源和人力资源的设备组合。