引言

　　地源熱泵作為熱泵技術應用的一個新的分支，由于其節能和優越的環保性能，近年來正在得到廣泛的應用。地源熱泵是利用土壤的良好蓄熱及蓄冷特性進行的熱力學逆循環的一種工程應用;在冬季供熱時，熱泵系統通過預埋在地下的管道將儲存在地下的熱通過傳熱介質吸收，作為逆循環中的低溫熱源，由熱泵完成逆循環并向熱用戶提供熱量;在夏季供冷時，利用地下環境溫度較低的特點使制冷系統中的冷凝溫度降低，從而提高系統的制冷系數，與冷凝器直接與空氣環境進行熱交換的普通空調器制冷相比，有一定的節能效果。由于地源熱泵系統在運行工作過程中除驅動熱泵的動力外，無需其他熱源或動力，而驅動熱泵的動力主要是電能。因此，如不考慮電能的來源，地源熱泵系統是城市供熱及供冷的一種清潔能源，它不需要建立一般城市供熱所需的鍋爐房，同樣也不存在由于燃料燃燒(燃煤、燃油)而帶來的城市環境污染問題，可以實現冷熱聯供。此外，在實際使用中，對于一些受客觀條件限制而無法采用其他供熱、供冷方式的場所，如高速公路收費站、人員設備相對較少的科考站、邊防哨所，地源熱泵則更體現出其特有的優越性;基于以上特點，本文對津港高速公路收費站地源熱泵系統的設計及實際運行效果進行了系統分析。

　　一、地源熱泵系統負荷計算

　　1.1　熱泵系統負荷計算

　　津晉高速公路天津段自天津起至大港，全長35公里，建有三個收費站。津港收費站包括綜合樓、綜合樓附屬用房及7個收費亭。其中綜合樓建筑面積為744m2;綜合樓附屬餐廳為80m2;7個收費亭合計建筑面積47m2;津港收費站合計總建筑面積為871m2。

　　根據天津氣候條件及收費站建筑物的土建圍護結構，本設計采用了ASHRAE推薦提供的CLF冷負荷系數法計算收費站建筑負荷;地源熱泵系統在制冷工況時，蒸發器溫度為7～12℃，冷凝器溫度為30～35℃，室內溫度25℃。其中收費站綜合樓和附屬用房的供冷負荷為120W/m2，收費亭供冷負荷為220W/m2。據此，津港收費站供冷z*大負荷合計為113 KW，津港收費站埋地換熱器放熱z*大負荷合計為146 KW。

　　熱負荷計算，本設計采用了ASHRAE推薦提供的方法計算收費站建筑熱負荷，地源熱泵系統在制熱工況時，冷凝器溫度為45～50℃，蒸發器溫度為2～6℃，室內溫度為18℃。其中收費站綜合樓和附屬用房的供熱負荷為100w/m2， 收費亭供負荷為120 W/m2。由此可以計算出津港收費站z*大供熱負荷為92KW。

　　1.2　室內末端系統設計

　　津港收費站需要供熱、制冷的房間位置相對比較集中，功能比較單一。根據津港收費站現場的實際情況，地源熱泵系統為集中空調系統，附屬用房單獨設計熱泵機房，室內末端系統設計采用風機盤管系統，以達到每個房間要求的空調溫度。

　　1.3　室外埋管系統設計

　　根據該建筑的實際情況設計地源熱泵系統應以達到夏季制冷、冬季供熱的要求，津港高速公路收費站地源熱泵系統的室外埋管系統采用垂直U型埋管方式。根據埋地換熱器放熱z*大負荷計算，采用垂直U型埋管方式需打井45口，井深100米。室外垂直埋管占地面積z*小需要300平米，收費站的實際占地面積完全可以滿足施工要求。此外，在埋管場地上還可建停車場、裝飾或植樹綠化等設施;對地面實際有效使用面積并無影響。地源熱泵系統工作簡圖如圖1所示，冬季供熱和夏季供冷時，地源熱泵系統通過控制四通閥可以實現冬、夏兩季不同工況的轉換。

　　二、津港收費站地源熱泵空調系統運行費用

　　夏季空調運行100天，每天24小時運行。冬季空調運行120天，每天24小時運行。室內空調循環水泵功率為3 KW，室外空調循環水泵3KW，熱泵機組兩臺，單臺機組電功率13.3KW，運行系數0.49，根據有關實際運行情況及室內外參數情況，對系統在冬、夏兩季的耗電量和運行費用進行了分析計算，結果如表1所示。

　　電價計算時按峰、谷、平計算，其中：

　　峰電價： 0.8933(元/kw·h)， 時間：8：00～11：00　18：00～23：00

　　谷電價：0.2873(元/kw·h)，時間：23：00～7：00

　　平電價：0.5793(元/kw·h)，時間：11：00～18：00　7：00～8：00

　　根據現場實測數據，地源熱泵系統在夏季制冷工況工作時，Cop=4.50;在冬季供熱工況工作時，Cop=4.1。

　　在同樣的供熱和制冷負荷條件下，如采用普通的空調器進行冬季供熱和夏季制冷，其中在供熱工況時，普通空調器的性能系數為2.2，而在制冷工況時，制冷系數為2.9，在此條件下，運行費用為：冬季供熱：71057元，夏季制冷55175元;全年共計126232元。與此相比，地源熱泵可節約費用約63%。

　　三、 結　論

　　通過對津晉津高速公路津港收費站地源熱泵系統的分析，本文得出以下結論：

　　1.由于采用了地下埋管換熱器，使地源熱泵系統在冬季供熱時的COP值增加，本文實測可達4.5，這是由于冬季工況工作時，地下溫度比環境溫度高，從而使地源熱泵系統的蒸發溫度提高，導致系統的COP值增加。

　　2.地源熱泵系統在夏季供冷時，由于地下溫度低于環境溫度，使熱泵系統的冷凝溫度降低，導致系統的制冷系數提高，高于普通空調器的制冷系數。

　　3.與以空氣作為熱源的普通空調器相比，在滿足相同的冷、熱負荷條件下，地源熱泵系統可節省運行費用65%左右。

　　4.由于地源熱泵系統無需消耗燃料，使用便捷;可以有效改進局部環境，對環境保護有積極的促進作用。

　　參考文獻

　　[1] 蔣能兆等，空調用熱泵技術及應用，北京;機械工業出版社，1994

　　[2] 陸耀慶，實用供熱空調設計手冊，北京;中國建筑工業出版社，1993

　　[3] 曾丹苓等，工程熱力學(第三版)，北京;高等教育出版社，2002