土壤源热泵空调系统的节能特性

         其他热泵系统诸如风冷热泵系统在运行时都会遇到一个同样的尴尬问题,就是当我们最需要它们的时候,它们总是处在效率最低的时候。因为它们冬天运行时需要从室外空气(水) 吸热,夏天运行时需要放热给室外空气(水) 。由热力学第二定律可知两种介质之间的传热量是由这两种介质的温差决定的,冬天室外温度越低,热泵的冷媒和空气(水) 间的温差越小,吸热量越小,供热情况则越差。同时,由于室内外温差较大,大量的热量从围护结构的缝隙中自室内泄漏至室外,要维持恒温,就需要同等的热量来补充这部分泄漏的热量。而此时的供热情况又不理想,无法提供同等的热量,所以出现了前述的尴尬问题,夏天则亦然。为了解决这个问题,冬天需要提供电加热器作为辅助供热设施,从而使整个供热系统的效率下降,耗费大量的能源。

       风冷热泵机组的制冷量和能效比都是以室外温度为自变量的函数,所以风冷热泵机组的铭牌工况往往和实际使用时的工况有一定差距。以某一额定冷量为98kW 的风冷热泵为例,生产厂家给出的季节能效比(SEER ) 为2.5, 但是在国家标准规定的额定条件下测试结果(SEER) 却为2.2 。当室外温度上升至37 ℃,风冷热泵的能效比下降到1.95 ,表示效率减少了11%; 当室外温度上升至42℃时,风冷热泵的能效比下降到1.6, 表示效率减少了27%, 这意味着需要增加27% 的电能才能达到相同的制冷效果。

       土壤源热泵机组的性能是不随室外温度和湿度的改变而改变的,因为土壤的温度全年变化很小,土壤源热泵系统在夏季和冬季的能效比变化也很小。一个98kW 的土壤源热泵机组在制冷模式下,进水温度为12 ℃时的能效比大约是3.6 。随着室外温度的变化,土壤源热泵机组和风冷热泵机的能效比如表1 所示。

表1 　土壤源热泵机组与风冷热泵机组能效比的比较

　    表1 可见,土壤源热泵比风冷热泵的能效比明显要高,32 ℃时土壤源热泵的能量消耗比风冷热泵少40%,37 ℃时要少46%, 随着温度升高,比风冷热泵少55% 以上。当然如果考虑土壤源热泵机组能供热水的性能,它的能效比会更加高。与普通集中式空调系统相比,土壤源热泵空调系统的运行费用可以节省50% ～60% 。