分户式地源热泵在健康科技建筑中的应用

摘要：地源热泵系统作为高效节能环保舒适的空调系统，在世界各国得到了广泛的应用。总结国内外地源热泵空调系统应用案例，基本都是以集中式中央空调系统为主，在多层和高层建筑中采用分户式系统的几乎没有。在住宅项目上，由于入住率，使用率不高等因素，集中式供暖或者供冷，能源浪费严重，必须要有新的更节能方式。 地源热泵系统/ 地源（水源）热泵是通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位热能转移，地源（水源）分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调制冷的冷源，地源热泵消耗1KW的能量用户可以得到4KW以上的热量或冷量，是理想的节能舒适空调。地源热泵技术在中国应用推广已有近20年，在绿色建筑中得到了广泛的应用，为建筑节能，降低碳排放，减少环境污染，做出了巨大贡献。

集中式中央空调系统存在的问题/目前国内高端科技绿色住宅应用的地源热泵系统都是集中式中央空调系统，该系统在实际应用中，存在诸多问题： 1、该系统节能性与入住率和使用率有密切关系。根据投入使用的项目实际调查，国内住宅项目入住率和使用率普遍较低，很多交付项目入住率仅在50%左右。同步使用率就更低，由于住宅特性，白天大部分人都上班了，可能只有少数家里老人和小孩在家，但是也需要开空调。大型中央空调系统由于是中央集中制热和制冷，如果入住率过低，使用率过低，能耗浪费很大。经测算，入住率（使用率）低于70%，系统运行能耗浪费严重。在实际交付的项目中，物业公司向业主收的设备运行费用，难以平衡，经常发生扯皮现象。

2、无法实现个性化使用。由于是集中式供热和供冷：冷热不能自己随意调节，无法实现个性化使用，一旦机械损坏，影响面积较大。在实际使用中，由于人的个体差异，有的人需要制冷，有的人可能会需要制热，集中式无法实现。

3、设备复杂，运维成本及难度大。由于是中央机组，设备比较复杂。物业公司需要配备专业的运行维护人员，运行成本和管理难度较大。

4、高层建筑冷热不均。由于是集中式供热和供冷，一般建筑，设备机房都在地下室，高层建筑中热量和冷量在传输过程中损耗大，特别是高层建筑的最高几层，本身需要的热量和冷量就比低层的要大，但是由于热量损失，能量到达顶层后，冷热能量反而变小了，结果就是无法满足顶层业主的需求。我们调查过一些客户投诉的问题项目，就是建筑的顶层冷热量无法满足，造成空调系统冬天不热，夏天不冷。

分户式地源热泵系统在住宅中的应用/针对集中式中央空调存在的诸多问题，铁鑫科技在2012年，开发出了分户式地源热泵空调系统，并于2013年申请了发明专利。该系统在2014年，中铁武汉世纪金桥高端住宅项目上，首次应用，项目2016年7月竣工交付使用。经过长达3年的项目全过程跟踪调查，各项数据，全部达到和超过了设计水平，用户反馈良好。案例项目：中铁世纪金桥

该项目位于湖北武汉市，处于冬冷夏热气候区，项目总建筑面积8.7万平方米，共有8栋6层洋房，2栋39层高层。项目于2014年3月开工，一期8栋6层洋房于2015年6月交房，业主于7月份陆续入住。二期2栋39层高层于2016年7月交房，业主于8月份陆续入住。

该项目主要设计参数和运行情况如下：

1.设计依据：岩土综合热物性测试在地源热泵的设计中，换热系统是热泵系统的冷热来源，是换热系统重要的计算依据，热物性综合数据：地源全年平均环境温度19.5℃下，热响应测试报告提供地源侧有效延米换热限值：夏季50w/m，冬季45w/m。换热系统设计方式本项目共有10栋建筑，通过热物性试验与各单栋建筑的对应负荷计算，以确定各单栋建筑的地理管数量，为减低投资，考虑到武汉地区冷负荷大于热负荷，地理管数量以满足冬季热负荷为主，夏季排热不足部分增加冷却塔补偿。该项目总的（冷/热）负荷，6132km/3818km。地理管采用双U25型PE管，垂直钻孔埋管方式，钻孔直径130mm~150mm钻孔深度采用50m与100m两个深度，在建筑物地下室打井，施工时和建筑物桩基同步施工。根据冬天热负荷3818kw计算出地理管井总延米58000m。地理管完成后，水平管连接后通过地下室外墙穿至地下室与集分水器相连，避免直接穿地板带来的防水问题。

2、分户式主机的安装，该项目建筑设计有管道井，设计时已考虑到厂家分户主机的外形尺寸，管道井内除了安装自来水管，消防管，地源主管道外，还可以安装下2~3台分户地源热泵主机，因此该项目总计890户，分户式主机均安装在每层楼的管道井内。主机安装在管道井的好处一是节约占用建筑面积，二是售后维修方便。

3、运行情况，该项目一期工程8栋6层洋房于2015年6月交付，二期2栋39层高楼于2016年7月交付,截止到2019年底入住率达到了60%。一期项目运行已有近5年。经过我们长期对客户跟踪、回访，系统运行稳定可靠，系统综合能效达到3.5以上，用户反馈良好，该项目最终获得了国家二星绿色建筑运营标识。其综合能效高于其他热泵系统，该项目也被客户评为真正的三“心”项目，一.是用户用的安心，节能舒适。二.是物业公司省心，物业公司平常只负责维护公共部分设施，该费用含在物业费里，每平方0.27元。设备运行费用业主自付,物业公司不用管。三、开发商舒心,投资少,运行维护不用管。

根据武汉中铁世纪金桥项目，三年的实际运行数据总结：分户式热泵系统和传统集中中央热泵系统相比，有如下优点：

1、可以分步实施，分步安装，分步投资，最大程度降低开发商一次投资压力，减少投资风险。

2、独立计量，独立运营，减少了开发商的后顾之忧，减少了物业公司的麻烦，物业公司不再闹心。

3、个性化使用，一户机器故障不会影响其他用户。高层住宅最高几层，空调系统制冷和制热不受层高的影响，完全解决了顶层客户空调需求。

4、节能效果显著，该项目从交付到第五年入住率才达到60%，预估入住率达到90%以上也许要10年，也许会更久，相比大型中央机组，节能明显。结论：根据以上分析，分户式地源热泵系统无论是节能性，安全性都明显优于大型中央系统，因此分户式地源热泵系统在绿色健康科技住宅中未来一定会得到广发应用。