三合一地源热泵的介绍和案例分析

关键字：地源热泵，三合一地源热泵，全热回收

地源热泵技术是利用地表浅层水源（地下水、江、河、湖、海）土壤吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能，采用热泵原理，通过少量的电能输出，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地源热泵可实现制冷和采暖，地源热泵可代替采暖锅炉加空调两套系统，比普通空调和采暖系统要节能50%，而且不会对环境造成污染。

三合一地源热泵是在普通的地源热泵基础上发展起来的一项新技术，采用全热回收技术，实现制冷、采暖、生活热水，实现一机三用。

热回收技术分余热回收和全热回收。

采用余热回收的热泵通常被称为“三联供”热泵，余热回收实现起来比较简单，但是产热水量少，而且不能单独作为一台热泵热水器使用，不用空调的时候就不能产生热水，余热回收地源热泵往往要结合太阳能热水器或其它热水器一起使用，才能提供足够的生活热水。

全热回收的热泵通常被称为“三合一”热泵，全热回收实现起来比较复杂，成本也高，但是产热水量多，可以单独作为一台热泵热水器使用，不用空调的时候也能产生足够热水，不需要其他热水器辅助，全年都能提供足够的生活热水。

三合一地源热泵同普通地源热泵和三联供地源热泵最重要的区别就是在热水能否在任何情况下都能稳定地提供，目前市场上最新一代的三合一地源热泵有以下特点：

1、一机三用

三合一地源热泵可实现制冷、采暖和全年供应生活热水，实现一机三用。

2、采用全热回收技术，超强的生活热水供应---更高效率，更充足的热水供应

（1）、利用热回收技术，实现制冷的同时，免费享受生活用热水，热水温度可达到55-60℃的高温；

（2）、在空调和采暖不用的情况下，可单独生产生活用热水，热水温度可达到55-60℃的高温；

（3）、在提供采暖的同时也可生产生活用热水，热水温度可达到55-60℃的高温。

（4）、实时热水功能，保证任何时候和条件下热水充足供应。

2、水力模块全内置----家电化，占地少，更稳定：流量开关、膨胀罐、水泵和生活热水接口全内置在机组内。

3、热水联动功能-----任何情况下都能提供充足热水。特别地是当室内空调和地暖不运行的时候，并且水箱温度未到达设定温度，热泵会自动开始加热生活热水。这个功能特别适合制冷和制热负荷很小的时候。

4、空调主机和末端联动功能-----使用能方便，更节能。室内空调处于不运行状态，热泵主机自动处于待机状态，没有任何耗电。

5、使用简单----只需两个模式：制冷+热回收热水模式和采暖+热水模式，即使在春秋季节不用空调，由于热水联动功能，室内空调不用，所以热泵会自动加热生活热水。

6、后备电加热热水功能和消毒功能----当主机出现不自动恢复的故障（比如高压低压故障），热泵会自动启动水箱内的电加热将水温加热到设定温度；热泵并且会每个月一次自动启动水箱内的电加热将水温加热到80度，以便对水箱进行高温消毒。




三合一地源热泵系统的运行
夏天：机组启动制冷，同时提供免费的生活热水，特别是在不开空调或很少开空调的时候，也能根据室内温控器和主机之间的联动信号自动选择在空调不用的时候制备足够的热水。

三合一地源热泵工作原理图




春秋过渡季节：空调不用时，机组变成一台热泵热水器，提供充足的生活热水。
冬天：机组提供采暖，完全能满足采暖和生活热水需求。根据室内温控器和主机之间的联动信号自动选择在空调不用的时候制备足够的热水。当沐浴时，储存的生活热水不够用时，机组将无停歇地立即供应充足的生活热水。

某别墅三合一地源热泵主机选型案例

一、工程概况

本工程为别墅，地下一层，地上三层，建筑面积约为620平方米，空调面积约为420平方米，设计内容包括制冷、制热及生活热水。空调系统按照建筑节能标准配置，屋面传热系数≤0.45、墙体传热系数≤1.5、楼板地面传热系数≤1.0、窗户传热系数≤2.8，遮阳系数≤0.3、门传热系数≤1.4。

二、设计依据

1、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；

2、《建筑设计防火规范》（GB50016－2006）。

3、《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）。

4、业主委托书及建筑专业提供的建筑图纸、节能计算书。

三、室内外设计计算参数

（一）室外计算参数

1、夏季：空调干球温度33.4°C，空调湿球温度26.9°C，室外风速6m/s。

2、冬季：空调干球温度-11°C，相对湿度53%，室外风速2.6m/s。

（二）室内设计参数


四、空调负荷及机组选型

空调负荷计算结果如下表：

空调夏季室内总冷负荷为50.38kW，冬季空调室内总热负荷为34.057kW。考虑空调的同时使用系数0.75，实际需要制冷量37.8kw，实际采暖制热量26.2KW。主机选用三合一地源热泵机组DDR-383GSPB1-FPA一台，水力模块全内置，全热回收，名义制冷量：39.6KW，名义制热量：45.5KW。

（A）夏天：机组启动制冷，总制冷量为39.6kw，满足制冷要求；同时采用全热回收提供免费的生活热水；

（B）过渡季节：空调不启用，机组变成一台热泵热水器，提供充足的生活热水；

（C）冬天：机组提供采暖，完全能满足采暖和生活热水需求；

（D）生活水箱按300L容量配置。（标准为50L/人*天）

五、地下换热器五十年模拟设计（ground loop design）

输入条件：

1、土壤导热系数1.65W/（m.k），热扩散性0.058m2/day;

2、回填料采用黄沙








◆ 在50年热平衡的基础上，经模拟计算，总共需要941米单U孔深，可设计85.5米孔深，共11口井，孔距4米。孔距建筑不小于2.5米，布置于别墅周围空地，占地110-165平方。

六、机组运行费用

1、夏季运行费用

制冷共120天，每天按10小时运行时间计算，平均按0.6元/度电计价,平均负荷系数取0.8: 运行费用=（39.6/4）*10*0.6*0.8*120=5702元

2、冬季运行费用

采暖共90天，每天按10小时运行时间计算，平均按0.6元/度电计价,平均负荷系数取0.8: 运行费用=（35.28/4）*10*0.6*0.8*90=3810元

3 、夏天生活热水免费

4、春秋季制热水费用，补水温度：20—45度，50升/人，按6人计算，一天需要300L水。需要热量=△T*1.163*0.3T=25*1.163*0.3=8.73KWH

COP：4.0，用电量=8.73/4=2.18度

5、冬天热水：平均补水温度：10度—45度，50升/人，按6人计算，一天需要300L水。需要热量=△T*1.163*0.3T=35*1.163*0.3=12.21KWH

COP：4.0，用电量=12.21/4=3.05度

◆ 三合一地源热泵全年运行费用为：5702+3810+202.8+164.8=9879.6元
综上所述，三合一地源能提供制冷、采暖、全年生活热水（夏季免费）三大功能，比传统中央空调节能50%左右。由于地下换热器需要空地安装，所以三合一地源热泵特别适合在别墅中应用。
（本文撰写难免仓促或粗浅，商榷之处期待同仁探讨完善；不足之处，敬请有关专家不吝赐教！）