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【摘 要】 空调系统要达到真正的节能效果，需要从能源方式、末端搭配等各方面综合考虑，做到整体系统节能。本文着重对地源热泵复合式系统技术及应用加以分析。通过工程实例，分析了項目空调系统的设计，通过对初投资和运行费用的分析，总结了本项目系统的经济效益和社会效益。最后，汇总项目的结论和建议，希望类似项目能够有所借鉴。
【关键词】 地源热泵；天棚辐射；经济效益；社会效益；结论和建议
1.前言
空调节能是一个系统工程，绝不是各项技术的简单叠加。本项目工程采用了一系列节能技术手段，包括优化的外围护系统、复合式地源热泵系统、天棚辐射制冷/采暖系统，从而保证了各环节节能的要求，真正做到整体的节能。
2.工程概况
工程项目地处东城区，总建筑面积22.4万平方米，其中包括公寓、宾馆、商场、电影院、幼儿园、天桥。本项目采用复合式能源供应系统，即地源热泵+燃气热水锅炉+冷却塔。本项目空调系统设计从外围护结构、能源系统方式、能源输配系统等方面综合考虑。保证空调系统达到整体节能的目的。
3.地源热泵及天棚辐射系统特点及应用
3.1.负荷分析
3.2.系统设计
本项目采用复合式能源供应系统，即地源热泵+燃气热水锅炉+冷却塔。总负荷分为两部分，一部分为基础负荷，一部分为尖峰负荷。其中基础负荷占总热负荷的55%～60%，由土壤换热系统承担；尖峰负荷占总热负荷的35%～40%，有冷却塔和锅炉承担。夏季通过回收土壤热泵机组的冷凝热，循环加热生活水至60℃，当回收热量不能满足生活热水需要时，开启锅炉补充。
末端系统采用天棚辐射系统。天棚辐射系统供回水温度：夏季供、回水温度为18/21℃，冬季供、回水温度为31/28℃；新风系统夏季供、回水温度为7/12℃，冬季供、回水温度为45/40℃。
3.3.地源热泵系统设计
本工程项目采用地源热泵系统，共606根换热管，均埋于建筑底板下方。地埋管的数量大，分布范围广，为确保每一个换热孔都能有一定的换热液流过，实现有效、高效换热，同时最大限度增加系统的安全性，根据换热孔的分布区域，按照相对集中的原则，将整个土壤换热器分为42个小系统，大约每6-8个左右的垂直换热孔设置为一个小系统，15个左右换热孔设置为一个换热循环单元，供、回水分别集中到单独的分、集水器上；分集水器汇入总管接入机房，使得整个地埋管的联络系统既统一又相对独立，从而实现高效、安全运行。
4.系统运行策略
4.1、夏季空调工况
夏季空调由热泵机组联合土壤换热器系统和冷却塔进行供冷，采用热泵机组加土壤换热器系统优先供给天棚辐射，剩余的土壤换热器供给为新风机组提供冷水的热泵机组，不足的冷却水系统由冷却塔提供的运行模式。此模式降低了整个系统的运行费用，冷却塔与地源热泵换热器相互作为热泵机组的备用冷却系统，从而使整个系统能够安全可靠地运行。
4.2、冬季采暖工况
冬季采暖由热泵机组联合土壤换热器和燃气锅炉进行供热，采用热泵机组加土壤换热器系统优先供给天棚辐射，剩余的土壤换热器系统供给为新风机组提供热水的热泵机组，不足的供热量由燃气锅炉提供的运行模式，此模式降低了整个系统的运行费用，热泵机组与燃气锅炉相互作为备用供热系统，从而使整个系统能够安全可靠地运行。
4.3、生活卫生热水制取
夏季：在热泵机组制冷的同时，通过热回收系统，自动回收热泵机组冷凝热，并储存于一定容积的蓄热水箱内，实现随时免费加热生活卫生热水，由于热泵机组为部分热回收，且加热的温度达不到60℃，所以不足的部分由燃气锅炉提供，最大限度地节约生活卫生热水加热费用。
冬季和过渡季节：由燃气锅炉单独供应生活卫生热水。
5.经济效益分析
在建筑形式、负荷、能源价格、末端形式完全相同的情况下，将地源热泵方案和常规燃气锅炉采暖、冷水机组制冷方案进行比较，系统考虑冬季采暖、夏季空调、全年生活热水。能源价格统一按照电价0.70元/kWh、天然气1.90元/m3计算。
1）初投资和运行费用
经计算两种方案初投资和运行费用比较如下表：
2）采用投资回收期法进行经济比较
两种方案机房和末端产品相似，使用寿命相同，机房为15～20年，末端均为50年左右。室外不同，地源热泵埋管使用寿命为50年以上，常规冷却塔的使用寿命为15年。
两方案的使用寿命不同，如果比较投资回收期有两种方法，一种是按15年计算，扣除残值；另一种是统一按50年考虑，15年寿命的乘3.33次计算。下面分别按15年寿命、以贴现率5%计算，进行动态静态投资回收期分析。
如表4所示，在不考虑残值的情况下，经计算静态投资回收期9年，动态投资回收期12年。
在考虑地源热泵地埋管部分残值的情况下，经计算静态投资回收期2.5年，动态投资回收期2.7年（如表5）：
可见采用地源热泵系统经济效益非常可观。
6.社会效益分析
6.1节能效果突出
地源热泵系统制热系数高达3.5～4.5，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%运行费用。和天棚辐射空调系统相结合使系统能效比提高30%，COP值达到4.0～5.5。
6.2环保效益显著
本项目采用地源热泵复合式系统，经计算本项目每年可节约标准煤2800吨，减排CO2约6000吨，为温室气体的减排做出重大贡献，具有显著的环境效益。
7.结论和建议
虽然复合式空调系统在本项目中得到了成功应用，但是，通过该项目实施中出现的问题，给大家提出了一些建议，希望类似项目能够有所借鉴。
7.1.系统选择搭配是关键
地源热泵复合式系统与天棚辐射系统能够提高能源的综合效率，保证室内的温度和舒适性。要根据项目的特点，选择合适的系统，不能一刀切，系统匹配得当，对节约运行成本起到了良好作用。
7.2.智能化控制是趋势
地源热泵复合式系统要和智能化控制系统相结合。系统负荷是逐时变化的，系统要实现智能化的控制，以达到节能目的。
7.3.运行管理是保障
地源热泵复合式系统是比较复杂的空调系统，对物业运行管理人员是一个大的挑战。要从原理和实践中不断摸索，才能使节能系统逐渐成熟，节能效率达到最好。
【关键词】 地源热泵；天棚辐射；经济效益；社会效益；结论和建议
1.前言
空调节能是一个系统工程，绝不是各项技术的简单叠加。本项目工程采用了一系列节能技术手段，包括优化的外围护系统、复合式地源热泵系统、天棚辐射制冷/采暖系统，从而保证了各环节节能的要求，真正做到整体的节能。
2.工程概况
工程项目地处东城区，总建筑面积22.4万平方米，其中包括公寓、宾馆、商场、电影院、幼儿园、天桥。本项目采用复合式能源供应系统，即地源热泵+燃气热水锅炉+冷却塔。本项目空调系统设计从外围护结构、能源系统方式、能源输配系统等方面综合考虑。保证空调系统达到整体节能的目的。
3.地源热泵及天棚辐射系统特点及应用
3.1.负荷分析
3.2.系统设计
本项目采用复合式能源供应系统，即地源热泵+燃气热水锅炉+冷却塔。总负荷分为两部分，一部分为基础负荷，一部分为尖峰负荷。其中基础负荷占总热负荷的55%～60%，由土壤换热系统承担；尖峰负荷占总热负荷的35%～40%，有冷却塔和锅炉承担。夏季通过回收土壤热泵机组的冷凝热，循环加热生活水至60℃，当回收热量不能满足生活热水需要时，开启锅炉补充。
末端系统采用天棚辐射系统。天棚辐射系统供回水温度：夏季供、回水温度为18/21℃，冬季供、回水温度为31/28℃；新风系统夏季供、回水温度为7/12℃，冬季供、回水温度为45/40℃。
3.3.地源热泵系统设计
本工程项目采用地源热泵系统，共606根换热管，均埋于建筑底板下方。地埋管的数量大，分布范围广，为确保每一个换热孔都能有一定的换热液流过，实现有效、高效换热，同时最大限度增加系统的安全性，根据换热孔的分布区域，按照相对集中的原则，将整个土壤换热器分为42个小系统，大约每6-8个左右的垂直换热孔设置为一个小系统，15个左右换热孔设置为一个换热循环单元，供、回水分别集中到单独的分、集水器上；分集水器汇入总管接入机房，使得整个地埋管的联络系统既统一又相对独立，从而实现高效、安全运行。
4.系统运行策略
4.1、夏季空调工况
夏季空调由热泵机组联合土壤换热器系统和冷却塔进行供冷，采用热泵机组加土壤换热器系统优先供给天棚辐射，剩余的土壤换热器供给为新风机组提供冷水的热泵机组，不足的冷却水系统由冷却塔提供的运行模式。此模式降低了整个系统的运行费用，冷却塔与地源热泵换热器相互作为热泵机组的备用冷却系统，从而使整个系统能够安全可靠地运行。
4.2、冬季采暖工况
冬季采暖由热泵机组联合土壤换热器和燃气锅炉进行供热，采用热泵机组加土壤换热器系统优先供给天棚辐射，剩余的土壤换热器系统供给为新风机组提供热水的热泵机组，不足的供热量由燃气锅炉提供的运行模式，此模式降低了整个系统的运行费用，热泵机组与燃气锅炉相互作为备用供热系统，从而使整个系统能够安全可靠地运行。
4.3、生活卫生热水制取
夏季：在热泵机组制冷的同时，通过热回收系统，自动回收热泵机组冷凝热，并储存于一定容积的蓄热水箱内，实现随时免费加热生活卫生热水，由于热泵机组为部分热回收，且加热的温度达不到60℃，所以不足的部分由燃气锅炉提供，最大限度地节约生活卫生热水加热费用。
冬季和过渡季节：由燃气锅炉单独供应生活卫生热水。
5.经济效益分析
在建筑形式、负荷、能源价格、末端形式完全相同的情况下，将地源热泵方案和常规燃气锅炉采暖、冷水机组制冷方案进行比较，系统考虑冬季采暖、夏季空调、全年生活热水。能源价格统一按照电价0.70元/kWh、天然气1.90元/m3计算。
1）初投资和运行费用
经计算两种方案初投资和运行费用比较如下表：
2）采用投资回收期法进行经济比较
两种方案机房和末端产品相似，使用寿命相同，机房为15～20年，末端均为50年左右。室外不同，地源热泵埋管使用寿命为50年以上，常规冷却塔的使用寿命为15年。
两方案的使用寿命不同，如果比较投资回收期有两种方法，一种是按15年计算，扣除残值；另一种是统一按50年考虑，15年寿命的乘3.33次计算。下面分别按15年寿命、以贴现率5%计算，进行动态静态投资回收期分析。
如表4所示，在不考虑残值的情况下，经计算静态投资回收期9年，动态投资回收期12年。
在考虑地源热泵地埋管部分残值的情况下，经计算静态投资回收期2.5年，动态投资回收期2.7年（如表5）：
可见采用地源热泵系统经济效益非常可观。
6.社会效益分析
6.1节能效果突出
地源热泵系统制热系数高达3.5～4.5，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%～60%运行费用。和天棚辐射空调系统相结合使系统能效比提高30%，COP值达到4.0～5.5。
6.2环保效益显著
本项目采用地源热泵复合式系统，经计算本项目每年可节约标准煤2800吨，减排CO2约6000吨，为温室气体的减排做出重大贡献，具有显著的环境效益。
7.结论和建议
虽然复合式空调系统在本项目中得到了成功应用，但是，通过该项目实施中出现的问题，给大家提出了一些建议，希望类似项目能够有所借鉴。
7.1.系统选择搭配是关键
地源热泵复合式系统与天棚辐射系统能够提高能源的综合效率，保证室内的温度和舒适性。要根据项目的特点，选择合适的系统，不能一刀切，系统匹配得当，对节约运行成本起到了良好作用。
7.2.智能化控制是趋势
地源热泵复合式系统要和智能化控制系统相结合。系统负荷是逐时变化的，系统要实现智能化的控制，以达到节能目的。
7.3.运行管理是保障
地源热泵复合式系统是比较复杂的空调系统，对物业运行管理人员是一个大的挑战。要从原理和实践中不断摸索，才能使节能系统逐渐成熟，节能效率达到最好。