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摘要：我国农村每年要完成数亿平方米独立住宅的建设，鉴于农村优良的自然环境和较低的人口压力，独立住宅空调节能建筑更适宜在农村得以广泛推广。日照市虎山镇某指挥部地源热泵空调系统的应用，对此类似项目总结经验，为独立住宅空调的节能技术的全面推广积累可靠的实际经验。
关键词：独立住宅，地源热泵空调系统，节能建筑
中图分类号：TE08文献标识码： A
我国农村产业结构简单，农村每户住宅面积较小，用能密度低，常规商品能源的成本比城市高，因此农村能源应采取与城市完全不同的建筑节能解决方案。拟建指挥部项目位于日照市岚山区虎山镇，北距日照市约30公里，南距岚山区约10公里。建筑规划为1层轻钢结构的办公室，建筑面积约1300m2。项目采用地源热泵空调系统来为建筑冬季供暖，夏季制冷。
1、指挥部空调系统设计方案
1.1 热泵机组选择
根据热负荷和冷负荷指标，指挥部地源热泵空调系统采用1台山东富尔达空调设备有限公司生产的LSQWR-100D地源热泵机组。供暖时单台机组输入功率为17.2KW，实际的供暖量可以达到61.0KW；供冷量时单台机组输入功率为14.0KW，实际供冷可以达到70.6KW。该热泵机组能够满足冬夏两季的要求。
1.2 U型地埋管换热器设计
依据本工程场地条件，综合考虑，项目共布设换热井18眼，按南北两排布设，井间距约5.0m，U型管井直径150mm，成井井深100.0m。本项目地源热泵系统工作简图见图1-1：
图1-1 地源热泵空调系统工作简图
2、独立住宅空调系统运行经济性分析
该指挥部至2012年底建成并投入使用，每年取暖季从11月初到来年的3月底，共5个月。制冷季运行从每年6月上旬启动，运行至10月初，运行时间约4个月。
2.1 空调系统运行能耗和费用统计和分析
该指挥部消耗的电能主要为地源热泵空调系统和办公室办公设备（电脑、电视、打印机、饮水机、照明等）的耗电，空调系统的能耗取运行月份的总能耗减去统计出的办公设备每个月的能耗。地源热泵空调系统采用全部自动化控制，因此空调系统从每次的取暖季或制冷季的开始便启动，到取暖季或制冷季结束停止运行，期间均未停机，因此整个空调系统均全时间段运行。对该建筑从2013年1月份到2014年8月地源热泵空调系统耗电量进行统计，并对运行费用进行计算，居民用电按0.55元/度考虑。详见表2-1：
年份 2013年
月份 1 2 3 6 7 8 9 11 12
运行工况 取暖季 制冷季 取暖季
空调耗电量(度) 10493.3 8437.6 8829.7 6350.4 7916.1 8749.4 7963.2 8049.6 9853.5
运行费用(元) 5771.4 4640.7 4856.4 3492.7 4353.9 4812.2 4379.8 4427.3 5419.4
年份 2014年
月份 1 2 3 6 7 8
运行工况 取暖季 制冷季
空调耗电量(度) 10493.3 9015.5 10365.4 6652.8 7812.0 8749.4
运行费用(元) 5771.4 4958.6 5701.0 3659.0 4296.6 4812.2
表2-1 地源热泵空调系统能耗统计表
根据表2-1分别计算每季度取暖和空调制冷的费用，详见表2-2：
取暖统计 制冷统计
年取暖总耗电 75538.3 年制冷总耗电 54193.4
取暖费用 41546.0 制冷费用 29806.4
每年度取暖费用 25966.3 每年度取制冷用 17032.2
每平米取暖费用 26.0 每平米制冷费用 17.0
表2-2 地源热泵空调系统费用统计表
根据表2-2计算结果表明，在使用地源热泵空调系统，冬季取暖所花费略低于城市里的集中供暖。夏季制冷费用按10平方米的办公室，每天耗电约2.6度，而10平方米采用普通空调办公室的耗电量约8度,因此夏季制冷采用地源热泵空调系统较一般空调节能较明显。
2.2 直接经济效益
根据该指挥部结构形式和保温措施，结合现行采暖设计手册，设计采暖面积热指标取60W/m2，根据现有工程实际运行数据记录，实际运行能耗占设计指标约75%，即实际运行平均能耗：45W/m2。
45w/m2=45w/m2×3.6KJ/h.m2=162KJ/h.m2
162KJ/h.m2×1个月=162×24×30=116640KJ/月.m2=349920KJ/季·m2。
每采暖季单位建筑面积能耗349920KJ/季·m2。表2-3数据按实际能耗计算。
项目 煤 天燃气 轻柴油 电 地源热泵
面积热指标 60W/m2 60W/m2 60W/m2 60W/m2 60W/m2
实际能耗 45W/m2 45W/m2 45W/m2 45W/m2 45W/m2
燃料价格 400元/吨 5.4元/m3 5.9元/L 0.55元/KWh 0.55元/KWh
热值 23023KJ/Kg 35455KJ/m3 42697KJ/Kg 3600KJ/KWh 3600KJ/KWh
使用效率 60% 88% 85% 95% 355%
可使用熱值 13813KJ/Kg 31200KJ/m3 36292KJ/Kg 3420KJ/KWh 12780KJ/KWh
燃料耗量 26Kg/季·m2 11m3/季·m2 9.7Kg/季·m2 103KWh/季·m2 28KWh/季·m2
燃料费用 10.4元/季·m2 59.4元/季·m2 57.2元/季·m2 56.7元/季·m2 15.4元/季·m2
表2-3几种采暖方式初投资、运行费比较表
以上地源热泵空调系统同其他供暖方式的比较，从运行费上可看出，用地源热泵空调系统供暖有较高的经济性，地源热泵与燃煤锅炉供暖相比费用略高,但所产生间接效益的差别是不容忽视的。在效益分析中,由于锅炉及配套设备所占用土地、出渣、运输、排放烟气及灰尘处理等在计算成本时，受多种主、客观因素所限,很难以统一尺度进行衡量,被视为间接效益。与地源热泵供热相比,燃煤锅炉要留有储煤、存渣场地、运输通道，粗略估算其占地面积相当于一个地热站的10倍。
3、结论
独立住宅应从能源供给系统与节能设计、环境共生的生活、新型住宅设备与技术的开发等方面进行综合设计。在普通民众独立住宅建造房屋的过程中，积极充分地利用大自然中的一些自然能源（地热能、太阳能、风能等），不仅是符合全球倡导低碳生活的流行趋势，更是一种绿色环保的措举。由于我国幅员辽阔，独立住宅地源热泵空调节能系统在建设使用中，会受到多种因素影响，从运行维护费用、系统建设初投资等方面进行的评价也不尽相同,因此能对该空调系统作出更为合理的技术经济评价，也是地源热泵空调系统可以在独立住宅中得到进一步推广和应用的关键。
地源热泵空调系统目前在我国农村中独立住宅使用相对较少,但它是一种环保节能的方式,值得大力推广。但是,不要一味强调其环保节能方面的作用而一哄而上,要考虑它的局限性,要根据当地的实际情况,因地制宜地进行空调系统的设计。
参考文献
【1】 余乐渊．地源热泵u型埋管换热器传热性能与实验研究．天津大学
【2】 耿健，刘志春，张兆江．谈水源热泵及其应用．煤炭工程
【3】 张毅，孙友宏．水源热泵系统的相关问题．西部探矿工程
【4】 郭莹．水源热泵的应用特点．建筑技术开发
【5】 曲云霞，方肇洪，张林华，李安桂．地下水源热泵及其设计方法．可再生能源
【6】 朱家玲，苗常海，董志林，洪庆华．地热水源热泵技术应用市场前景．太阳能学报
关键词：独立住宅，地源热泵空调系统，节能建筑
中图分类号：TE08文献标识码： A
我国农村产业结构简单，农村每户住宅面积较小，用能密度低，常规商品能源的成本比城市高，因此农村能源应采取与城市完全不同的建筑节能解决方案。拟建指挥部项目位于日照市岚山区虎山镇，北距日照市约30公里，南距岚山区约10公里。建筑规划为1层轻钢结构的办公室，建筑面积约1300m2。项目采用地源热泵空调系统来为建筑冬季供暖，夏季制冷。
1、指挥部空调系统设计方案
1.1 热泵机组选择
根据热负荷和冷负荷指标，指挥部地源热泵空调系统采用1台山东富尔达空调设备有限公司生产的LSQWR-100D地源热泵机组。供暖时单台机组输入功率为17.2KW，实际的供暖量可以达到61.0KW；供冷量时单台机组输入功率为14.0KW，实际供冷可以达到70.6KW。该热泵机组能够满足冬夏两季的要求。
1.2 U型地埋管换热器设计
依据本工程场地条件，综合考虑，项目共布设换热井18眼，按南北两排布设，井间距约5.0m，U型管井直径150mm，成井井深100.0m。本项目地源热泵系统工作简图见图1-1：
图1-1 地源热泵空调系统工作简图
2、独立住宅空调系统运行经济性分析
该指挥部至2012年底建成并投入使用，每年取暖季从11月初到来年的3月底，共5个月。制冷季运行从每年6月上旬启动，运行至10月初，运行时间约4个月。
2.1 空调系统运行能耗和费用统计和分析
该指挥部消耗的电能主要为地源热泵空调系统和办公室办公设备（电脑、电视、打印机、饮水机、照明等）的耗电，空调系统的能耗取运行月份的总能耗减去统计出的办公设备每个月的能耗。地源热泵空调系统采用全部自动化控制，因此空调系统从每次的取暖季或制冷季的开始便启动，到取暖季或制冷季结束停止运行，期间均未停机，因此整个空调系统均全时间段运行。对该建筑从2013年1月份到2014年8月地源热泵空调系统耗电量进行统计，并对运行费用进行计算，居民用电按0.55元/度考虑。详见表2-1：
年份 2013年
月份 1 2 3 6 7 8 9 11 12
运行工况 取暖季 制冷季 取暖季
空调耗电量(度) 10493.3 8437.6 8829.7 6350.4 7916.1 8749.4 7963.2 8049.6 9853.5
运行费用(元) 5771.4 4640.7 4856.4 3492.7 4353.9 4812.2 4379.8 4427.3 5419.4
年份 2014年
月份 1 2 3 6 7 8
运行工况 取暖季 制冷季
空调耗电量(度) 10493.3 9015.5 10365.4 6652.8 7812.0 8749.4
运行费用(元) 5771.4 4958.6 5701.0 3659.0 4296.6 4812.2
表2-1 地源热泵空调系统能耗统计表
根据表2-1分别计算每季度取暖和空调制冷的费用，详见表2-2：
取暖统计 制冷统计
年取暖总耗电 75538.3 年制冷总耗电 54193.4
取暖费用 41546.0 制冷费用 29806.4
每年度取暖费用 25966.3 每年度取制冷用 17032.2
每平米取暖费用 26.0 每平米制冷费用 17.0
表2-2 地源热泵空调系统费用统计表
根据表2-2计算结果表明，在使用地源热泵空调系统，冬季取暖所花费略低于城市里的集中供暖。夏季制冷费用按10平方米的办公室，每天耗电约2.6度，而10平方米采用普通空调办公室的耗电量约8度,因此夏季制冷采用地源热泵空调系统较一般空调节能较明显。
2.2 直接经济效益
根据该指挥部结构形式和保温措施，结合现行采暖设计手册，设计采暖面积热指标取60W/m2，根据现有工程实际运行数据记录，实际运行能耗占设计指标约75%，即实际运行平均能耗：45W/m2。
45w/m2=45w/m2×3.6KJ/h.m2=162KJ/h.m2
162KJ/h.m2×1个月=162×24×30=116640KJ/月.m2=349920KJ/季·m2。
每采暖季单位建筑面积能耗349920KJ/季·m2。表2-3数据按实际能耗计算。
项目 煤 天燃气 轻柴油 电 地源热泵
面积热指标 60W/m2 60W/m2 60W/m2 60W/m2 60W/m2
实际能耗 45W/m2 45W/m2 45W/m2 45W/m2 45W/m2
燃料价格 400元/吨 5.4元/m3 5.9元/L 0.55元/KWh 0.55元/KWh
热值 23023KJ/Kg 35455KJ/m3 42697KJ/Kg 3600KJ/KWh 3600KJ/KWh
使用效率 60% 88% 85% 95% 355%
可使用熱值 13813KJ/Kg 31200KJ/m3 36292KJ/Kg 3420KJ/KWh 12780KJ/KWh
燃料耗量 26Kg/季·m2 11m3/季·m2 9.7Kg/季·m2 103KWh/季·m2 28KWh/季·m2
燃料费用 10.4元/季·m2 59.4元/季·m2 57.2元/季·m2 56.7元/季·m2 15.4元/季·m2
表2-3几种采暖方式初投资、运行费比较表
以上地源热泵空调系统同其他供暖方式的比较，从运行费上可看出，用地源热泵空调系统供暖有较高的经济性，地源热泵与燃煤锅炉供暖相比费用略高,但所产生间接效益的差别是不容忽视的。在效益分析中,由于锅炉及配套设备所占用土地、出渣、运输、排放烟气及灰尘处理等在计算成本时，受多种主、客观因素所限,很难以统一尺度进行衡量,被视为间接效益。与地源热泵供热相比,燃煤锅炉要留有储煤、存渣场地、运输通道，粗略估算其占地面积相当于一个地热站的10倍。
3、结论
独立住宅应从能源供给系统与节能设计、环境共生的生活、新型住宅设备与技术的开发等方面进行综合设计。在普通民众独立住宅建造房屋的过程中，积极充分地利用大自然中的一些自然能源（地热能、太阳能、风能等），不仅是符合全球倡导低碳生活的流行趋势，更是一种绿色环保的措举。由于我国幅员辽阔，独立住宅地源热泵空调节能系统在建设使用中，会受到多种因素影响，从运行维护费用、系统建设初投资等方面进行的评价也不尽相同,因此能对该空调系统作出更为合理的技术经济评价，也是地源热泵空调系统可以在独立住宅中得到进一步推广和应用的关键。
地源热泵空调系统目前在我国农村中独立住宅使用相对较少,但它是一种环保节能的方式,值得大力推广。但是,不要一味强调其环保节能方面的作用而一哄而上,要考虑它的局限性,要根据当地的实际情况,因地制宜地进行空调系统的设计。
参考文献
【1】 余乐渊．地源热泵u型埋管换热器传热性能与实验研究．天津大学
【2】 耿健，刘志春，张兆江．谈水源热泵及其应用．煤炭工程
【3】 张毅，孙友宏．水源热泵系统的相关问题．西部探矿工程
【4】 郭莹．水源热泵的应用特点．建筑技术开发
【5】 曲云霞，方肇洪，张林华，李安桂．地下水源热泵及其设计方法．可再生能源
【6】 朱家玲，苗常海，董志林，洪庆华．地热水源热泵技术应用市场前景．太阳能学报