暖通空調(diào)設(shè)計中地源熱泵的應(yīng)用分析

王桂鋒

摘 要：在節(jié)能減排、資源短缺的大背景之下，暖通空調(diào)設(shè)計必須進(jìn)行改革。地源熱泵憑借其獨(dú)特的優(yōu)點已經(jīng)成為我國暖通空調(diào)設(shè)計中的一種發(fā)展趨勢，隨著地源熱泵技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計必將被取代，而地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計中的運(yùn)用也會更加合理、更加廣泛。本文探討了暖通空調(diào)設(shè)計中地源熱泵的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)設(shè)計；地源熱泵；應(yīng)用

1 前言

現(xiàn)階段，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的暖通空調(diào)安裝率已經(jīng)達(dá)到了百分之百，空調(diào)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊环N最基礎(chǔ)的配件。自發(fā)明暖通空調(diào)地源熱泵以來，其結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)用一直在不斷的更新和改進(jìn)，我們應(yīng)該對相關(guān)資料進(jìn)行綜合歸納，并從更深層次的角度對暖通空調(diào)設(shè)計中地源熱泵的運(yùn)用做全面的解析。

2 地源熱泵的特點

從概念方面分析，地源熱泵是一種利用淺層地?zé)崮茉矗?地下水、土壤、地表水等的能量） ，實現(xiàn)制冷或者供熱的高效節(jié)能系統(tǒng)。在實際應(yīng)用方面，是指將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器或者冷凝器埋入地下，利用中間介質(zhì)，在相對封閉的環(huán)路中，經(jīng)過大地進(jìn)行循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地的熱交換，達(dá)到制冷、供熱或者調(diào)解空氣的目的。與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵的熱能主要來自大地，因此可以有效減少對于能源的消耗。地源熱泵的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）清潔性： 電力是地源熱泵運(yùn)行的重要保障，而地源熱泵系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中，由于熱量主要來自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過程，可以有效減少對于周邊自然環(huán)境的影響和污染。同時，在相對成熟的技術(shù)支撐下，地源熱泵系統(tǒng)不需要配置相應(yīng)的冷卻塔裝置和外掛機(jī)設(shè)備，因此在熱能的排放過程中，同樣不會對周邊環(huán)境造成影響。

（2）能效性： 從目前的技術(shù)發(fā)展情況看，地源熱泵系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中，對于能源的利用效率極高，例如，在冬季氣候狀態(tài)下，可以將室內(nèi)的溫度維持在12-22℃的范圍內(nèi)，明顯高于常規(guī)狀態(tài)的環(huán)境空氣溫度。而在供熱過程中，可以顯著提升熱泵在循環(huán)狀態(tài)下的蒸發(fā)溫度，對于提升整個地源熱泵系統(tǒng)的能效比是非常重要的。

（3）經(jīng)濟(jì)性： 與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷凝溫度更低，制冷效果較傳統(tǒng)的冷卻塔式系統(tǒng)和風(fēng)冷式系統(tǒng)更好。相關(guān)實踐數(shù)據(jù)顯示，在地源熱泵系統(tǒng)中，空調(diào)的供熱和制冷運(yùn)行費(fèi)用能夠減少30%-40%。不僅如此，與一般的鍋爐供熱、電能供熱系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)雖然也需要依靠電能運(yùn)行，但是能耗極小，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢非常突出。

（4）可靠性： 在地源熱泵系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)的管理和控制全部都是由計算機(jī)進(jìn)行的，可以有效保證系統(tǒng)在多工況運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性。同時，管理人員還可以通過遠(yuǎn)程控制的方式，對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

（5）穩(wěn)定性： 地源熱泵系統(tǒng)可以在任何環(huán)境因素的作用下，確保熱源溫度的穩(wěn)定性，將其控制在10-25℃的溫度區(qū)間內(nèi)，制冷和供熱系統(tǒng)也可以維持在3.5-4.4 之間，與普通的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，具有更高的穩(wěn)定性。

3 暖通空調(diào)設(shè)計中地源熱泵的應(yīng)用

3.1 地理管道和熱泵機(jī)組結(jié)合

在實際運(yùn)用過程中采用地理管道和熱泵機(jī)組相結(jié)合的方式是比較常見，也是運(yùn)用起來比較簡單的組合方式。設(shè)計過程中依據(jù)地理埋管路位置的不同采用不同長度的管路，對于水平埋管單位長度的熱量和冷卻負(fù)荷的不同，可以確定鉆孔開槽的間距。對于豎直埋管單位長度的換熱量和最大取熱負(fù)荷計算開槽的占地面積。完成上述實際操作后就可以依據(jù)計算結(jié)果選擇熱泵機(jī)房中熱泵機(jī)組的規(guī)格型號，使用臺數(shù)、配套水泵、分集水器、定壓裝置、水處理裝置等，確定前期準(zhǔn)備工作后就可以進(jìn)行熱泵機(jī)房實際圖紙的設(shè)計工作。同時選擇合適的機(jī)房面積，設(shè)計機(jī)房內(nèi)電源開關(guān)的安裝位置。最后，進(jìn)行安裝圖紙和實際布線圖紙的設(shè)計工作，以滿足實際工作需要。

3.2 地理管道和熱回收機(jī)組結(jié)合

對于工程實際工作中排熱量系數(shù)大于一個單位的工程項目中，就可以采用地理管道和熱回收機(jī)組結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計，由于我國北方氣候比較分明，冬季溫度十分寒冷對于熱量的需求比較多，而到了夏天地表溫度又十分炎熱。因此，在暖通空調(diào)的設(shè)計中就可以利用氣候變化的這個鮮明的優(yōu)勢進(jìn)行設(shè)計，同時還可以滿足人們冬天對于熱水的需求量的要求。夏季到來的時候，可以采用熱回收式熱泵機(jī)組通過地埋管向巖土排出一部分熱量，熱水被回收機(jī)組加熱后進(jìn)入實際生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的時候，可以向巖土體取熱，進(jìn)而達(dá)到熱量的平衡機(jī)制，巖土體可以將夏季回收的熱量全部用來制冷也可以只用熱量的20%，這個過程完全可以由操作人員自由控制。

3.3 地理管與熱泵機(jī)和冷卻塔結(jié)合

夏季對室溫要求較高，同時冬季對室溫要求也很高的場景，可以采用不將夏季收集的熱量源排出到巖土體中，而是將熱量直接輸送到冷卻塔。通過冷卻塔可以將熱量進(jìn)行冷卻，之后可以直接使用，就可以避免在經(jīng)過一個冬季才能投入使用的進(jìn)而產(chǎn)生了熱量流失的弊端。而且可以充分地保證排熱量系數(shù)保持在一個單位左右不受影響。北方到了秋季后風(fēng)力就相對充足，通過儲存的風(fēng)力也可以保證冷卻塔的動力源得到保證，風(fēng)力可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，根據(jù)能量守恒的原則，就可以積極的做功，保證動能得到源源不斷的供給過程。可見這一過程是十分有利的。因此，該種機(jī)制的組合在現(xiàn)階段暖通空調(diào)設(shè)計中受到了更加廣泛的應(yīng)用，而且，已經(jīng)有很多較大型的空調(diào)廠商都是采用地理管與熱泵機(jī)和冷卻塔結(jié)合的設(shè)計組合形式。下一步的發(fā)展方向?qū)⑹遣粩嗟拈_拓市場，滿足人們?nèi)找嬖黾拥男枨罅俊?/p>

4 地源熱泵應(yīng)用的注意事項

4.1 地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計中的運(yùn)用要因地制宜

將地源熱泵運(yùn)用到暖通空調(diào)設(shè)計中具有很大的技術(shù)優(yōu)勢，但在實際使用過程中，地源熱泵的設(shè)計卻會受到客觀環(huán)境的諸多限制，因此地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計中的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)是因地制宜的。當(dāng)大地夏季儲存的熱能不足，無法滿足建筑物的冬季供暖時，系統(tǒng)設(shè)計就要增加制熱裝置來增加熱能，使熱能滿足相關(guān)規(guī)定的要求，當(dāng)大地冬季儲存的冷能量不足，無法滿足建筑物的夏季制冷需求時，系統(tǒng)設(shè)計就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

4.2 正確選擇與地源熱泵類型相適應(yīng)的機(jī)組

目前，市面上的機(jī)組類型繁多，也缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與管理，因此在暖通空調(diào)設(shè)計中要根據(jù)地源熱泵的類型來挑選合適的機(jī)組，同時，地源熱泵對機(jī)組的能效比與性能系數(shù)有著很高的要求，而且各個廠家生產(chǎn)的機(jī)組，其能效比和性能系數(shù)可能存在不同，因此設(shè)計者必須根據(jù)地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數(shù)。如果機(jī)組類型或者機(jī)組的能效比與性能系數(shù)與地源熱泵類型不相適應(yīng)，就會影響地源熱泵系統(tǒng)的正常使用，影響建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系統(tǒng)的合理管控

地源熱泵的控制系統(tǒng)主要有三個：①熱泵機(jī)組的自動控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要借助自動化裝置進(jìn)行制冷以及制熱的合理調(diào)配，不需要人工操作；②水池的控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的調(diào)控依據(jù)是水位的高低，當(dāng)水位達(dá)到一定高度時，系統(tǒng)會開啟或者關(guān)閉深井蓋；③井群控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要進(jìn)行分組管理，并促進(jìn)其他控制系統(tǒng)控制能力的正常發(fā)揮。

總之，根據(jù)實際情況應(yīng)用不同形式的地源熱泵技術(shù)能夠很好的提高低溫地?zé)豳Y源，并且可以克服傳統(tǒng)熱泵空調(diào)技術(shù)的存在的局限問題，可以說，是非常具有一定的實用價值。

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