暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用研究

莫志苗 陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司西寧辦事處

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，綠色節(jié)能環(huán)保理念逐漸被滲透到各領(lǐng)域中。地源熱泵技術(shù)是在綠色節(jié)能環(huán)保理念基礎(chǔ)上衍生的新型節(jié)能技術(shù)，將其應(yīng)用于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，可有效解決以往系統(tǒng)運(yùn)行存在的大能耗問題，在維護(hù)系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，做到節(jié)能減排，推動(dòng)行業(yè)的良好發(fā)展。

一、地源熱泵技術(shù)

熱泵屬于熱量提升裝置。熱泵的使用可將熱量從低溫運(yùn)送至高溫，在運(yùn)送過程中，消耗自身一部分能量，將環(huán)境介質(zhì)中的能量實(shí)行挖掘并加以利用，以達(dá)到高溫運(yùn)送的要求。在這一過程中，熱泵自身消耗的熱量系數(shù)較低，減少與環(huán)境介質(zhì)間的能量轉(zhuǎn)化，有效降低熱能傳送中的損耗。地緣熱泵就是充分利用熱泵的運(yùn)行原理展開工作的。傳統(tǒng)蒸汽壓縮式熱泵制冷系統(tǒng)是由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥等部分構(gòu)成，可做到熱能的循環(huán)傳送。而地緣熱泵與傳統(tǒng)蒸氣壓縮式熱泵制冷系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于，其使用深井水取代原有材料，在優(yōu)化系統(tǒng)性能的同時(shí)，大大降低了能源損耗。

二、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用

（一）地理管道與熱泵機(jī)組的結(jié)合

地理埋管和熱泵機(jī)組的結(jié)合是地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中最常見的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果良好。在地理管道和熱泵機(jī)組組合設(shè)計(jì)中，需要對(duì)埋管長(zhǎng)度、位置、開孔位置和距離、管道占地面積、輔助設(shè)備等內(nèi)容予以準(zhǔn)確計(jì)算，以促進(jìn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少能量傳輸中存在的問題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，埋管長(zhǎng)度要結(jié)合地理埋管所在位置進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，位置不同，長(zhǎng)度不同。開孔位置及空槽間距則應(yīng)根據(jù)計(jì)算所得的埋管熱量參數(shù)及冷卻負(fù)荷參數(shù)加以確定，豎向的埋管長(zhǎng)度換熱量與最大負(fù)荷取值可確定管道的占地面積。這些參數(shù)數(shù)據(jù)及位置確定完成后，工作人員即可根據(jù)這些參數(shù)數(shù)值及系統(tǒng)要求，對(duì)所需設(shè)備實(shí)行選擇，保證配套設(shè)施的完善性、合理性。另外，還應(yīng)做好熱泵機(jī)房圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，明確機(jī)房面積、電源形式及開關(guān)位置，為后續(xù)施工作業(yè)提供依據(jù)。

（二）地理埋管與熱回收機(jī)組的結(jié)合

該組合方式一般被應(yīng)用在實(shí)際熱排量大于單位工程項(xiàng)目規(guī)范熱排量的情況下。該模式多數(shù)出現(xiàn)在我國(guó)北方地區(qū)。我國(guó)北方地區(qū)冬夏兩季溫度劃分較為分明，冬季氣溫較低，寒冷指數(shù)高，對(duì)于熱量的需求也相對(duì)較大，而夏季地表溫度較高，對(duì)冷氣的需求量較多。所以在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，會(huì)采用地理埋管與熱回收機(jī)組組合的方式，來實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用，減少能源損耗。該系統(tǒng)的工作原理為：

夏季到來時(shí)，熱回收式熱泵機(jī)組會(huì)利用地理埋管將部分熱量傳遞到生活渠道中，達(dá)到降溫的效果。在冬季到來時(shí)，從巖土中獲取熱能，再利用地埋管線傳送到人們生活渠道中，達(dá)到升溫的效果。熱回收式熱泵機(jī)組在實(shí)際應(yīng)用中，按照熱量平衡機(jī)制的要求，將夏季儲(chǔ)存的熱量全部或部分輸送到系統(tǒng)設(shè)備中，以滿足人們的生活需求。且能量的傳輸可通過人為自由操控。

（三）地理埋管與熱泵和冷卻塔的組合

冬夏兩季對(duì)于室溫的要求相對(duì)較高，雖然兩個(gè)季節(jié)對(duì)溫度的要求是相反的，但不影響對(duì)能量的需求。鑒于此，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，可采用將夏季收集的全部熱量不轉(zhuǎn)移到巖土體而是轉(zhuǎn)移到冷卻塔中的方式，來提升熱量的轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)瞬間的制冷或制熱處理，以此來降低熱能傳輸中的能量流失，達(dá)到能源節(jié)約目標(biāo)。同時(shí)該方式也可保證同一單元內(nèi)熱量系數(shù)不受影響。再者，北方地區(qū)初春和秋季的風(fēng)力較為強(qiáng)勁，將這些風(fēng)力轉(zhuǎn)化到冷卻塔中，可為其提供動(dòng)力能源，節(jié)約能源。風(fēng)力可將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，在能量守恒定律的引導(dǎo)下，為設(shè)備提供所需能源，增強(qiáng)其整體運(yùn)行效果。這項(xiàng)措施為該組合模式的推廣帶來了更多空間和機(jī)遇，并且也為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的革新提供保障，符合現(xiàn)代發(fā)展的相關(guān)需求。

三、地源熱泵應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

（一）因地制宜

地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)遵循因地制宜的基本原則，這樣能夠降低地源熱泵落實(shí)中環(huán)境因素對(duì)其帶來的不利影響，以改善設(shè)計(jì)的整體效果，優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。當(dāng)大地夏季儲(chǔ)存的熱能不足，無法滿足建筑物的冬季供暖時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加制熱裝置來加大熱能，使熱能滿足相關(guān)規(guī)定要求，當(dāng)大地冬季儲(chǔ)存的冷能量不足，無法滿足建筑物的夏季制冷需求時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

（二）科學(xué)選擇地源熱泵機(jī)組類型

現(xiàn)階段，市場(chǎng)中出現(xiàn)的機(jī)組類型種類較多，再加上統(tǒng)一管理規(guī)范的缺失，使得暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中面臨著較多選擇，一旦出現(xiàn)失誤，會(huì)直接阻礙地源熱泵性能的發(fā)揮，不僅達(dá)不到設(shè)計(jì)和使用要求，還會(huì)造成較大的資金損耗。因此，在設(shè)計(jì)中，需根據(jù)地源熱泵類型選擇合適機(jī)組，來改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行效率，強(qiáng)化控能效果。另外，在地源熱泵機(jī)組選擇上，機(jī)組能效比和性能系數(shù)是需要重點(diǎn)掌握的數(shù)據(jù)，這就要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要求，對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，參照計(jì)算結(jié)果對(duì)比不同廠家給出的各項(xiàng)機(jī)組性能參數(shù)。之后從中選擇最為合適的機(jī)組應(yīng)用到設(shè)計(jì)活動(dòng)中，確保地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的作用和優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。如果機(jī)組類型或者機(jī)組的能效比、性能系數(shù)與地源熱泵類型不相適應(yīng)，就會(huì)影響地源熱泵系統(tǒng)的正常使用，不利于建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

（三）控制系統(tǒng)的科學(xué)把控

地源熱泵下的控制系統(tǒng)共三個(gè)：一是熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用自動(dòng)化設(shè)備完成科學(xué)管控，不需要人員參與；二是水池控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于水位高度的調(diào)節(jié)，控制水位不超過臨界點(diǎn)，以免危險(xiǎn)的產(chǎn)生；三是井群控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于分組管理，保證全部控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計(jì)中，人員需根據(jù)控制系統(tǒng)性能要求展開管理作業(yè)，以加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的合理性。

四、結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用，可優(yōu)化和調(diào)整各類系統(tǒng)，在維持室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)合理性、舒適性的基礎(chǔ)上，降低能源損耗，改善人們的生活品質(zhì)，進(jìn)而平衡房屋建設(shè)與環(huán)境保護(hù)間的關(guān)系。