地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用研究

朱良鶴

摘要：近年來(lái)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)有了很大的發(fā)展，地源熱泵技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論都有了很大的發(fā)展。新一代地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)能夠達(dá)到理想的節(jié)能效果，符合簡(jiǎn)單可靠的電路設(shè)計(jì)要求，采用數(shù)字化、模塊化的設(shè)計(jì)方法。本文對(duì)地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行分析，明確系統(tǒng)的特點(diǎn)和操作，為空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)提供重要參考。

關(guān)鍵詞：地源熱泵;中央空調(diào);節(jié)能技術(shù);技術(shù)應(yīng)用

一、地源熱泵中央空調(diào)的節(jié)能技術(shù)

隨著環(huán)保問題越來(lái)越受到重視，在各行業(yè)各中都必須注重資源節(jié)約。建筑能耗是我國(guó)能源消費(fèi)的一個(gè)重要方面，空調(diào)能耗不容忽視。為適應(yīng)新時(shí)期環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的要求，必須優(yōu)化原有的中央空調(diào)系統(tǒng)能耗，提高效率。地?zé)崴弥醒肟照{(diào)具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的節(jié)能環(huán)保性能，已成為許多大型場(chǎng)所普遍采用的中央空調(diào)系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，中央空調(diào)越來(lái)越多地采用地源熱泵。但地源熱泵技術(shù)應(yīng)用成本較高，一些企業(yè)沒有充分了解節(jié)能技術(shù)的好處，多數(shù)企業(yè)都會(huì)選擇低成本的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行投資，在一定程度上制約了中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、節(jié)能、環(huán)保造成了不利影響。尤其是專業(yè)人員缺乏專業(yè)技能和缺乏專業(yè)知識(shí)等問題，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能也存在諸多問題。此外，在中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)引進(jìn)過程中，技術(shù)、人員等企業(yè)與投資者的建設(shè)目標(biāo)存在偏差，這一切都將影響到建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致中央空調(diào)建設(shè)中節(jié)能技術(shù)的流于表面，并沒有真正地實(shí)施。

二、地?zé)岜弥醒肟照{(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用溫差和變流量控制方式來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的一次側(cè)，通過傳感器探測(cè)溫度差，將其上傳到可編程邏輯控制器，針對(duì)性控制一次泵的流量。壓差發(fā)射器在閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)中，利用一定的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)二次側(cè)的壓力控制，將采集到的數(shù)據(jù)上傳給處理器。處理機(jī)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，與變頻器相連，控制二次側(cè)泵的數(shù)量和工作效率。

（二）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的重要組成部分，在具體的設(shè)計(jì)過程中將大系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)。該系統(tǒng)各子系統(tǒng)具有獨(dú)立控制功能，可在共享軟件連接作用下完成數(shù)據(jù)鏈接與交換，所有的子系統(tǒng)均可視為控制站。

（三）一次側(cè)可變溫差設(shè)計(jì)

一次側(cè)水循環(huán)系統(tǒng)時(shí)熱泵的主機(jī)容量選擇必須符合最高的熱負(fù)荷，如果不考慮氣候季節(jié)變化的影響因素，則會(huì)造成能源的損失。在設(shè)計(jì)節(jié)能控制系統(tǒng)時(shí)可采用變溫差控制方法對(duì)溫度環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高系統(tǒng)的節(jié)能效果。當(dāng)溫差控制在一定范圍內(nèi)，空調(diào)供水溫度達(dá)到55℃，回水溫度達(dá)到45℃時(shí)，兩者的溫差都是10℃。在環(huán)境溫度改變的情況下，如果采用可變溫度差控制裝置，供水溫度可能會(huì)改變。外界溫度越高供暖越少，外部溫度越低供熱越好。在-20°C時(shí)供水溫度為55℃，但如果外部溫度升高至-15℃，供水溫度將變?yōu)?5℃，并計(jì)算出的溫差為5℃。當(dāng)用戶的用水需求較大時(shí)，可采用其它轉(zhuǎn)換方式控制供水溫度，以提高用戶的自主性和選擇性。

三、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于地下熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)中的重要作用

（一）國(guó)家有關(guān)法規(guī)對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的重要要求

在整個(gè)系統(tǒng)中由于溫差等原因，常常會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的能耗問題。由行業(yè)現(xiàn)狀分析，中央空調(diào)系統(tǒng)能耗占比較大。為減少能源浪費(fèi)，提高資源利用率，需要政府部門制定相關(guān)法律法規(guī)和能耗標(biāo)準(zhǔn)，積極開發(fā)節(jié)能理念。

（二）大型場(chǎng)所、建筑物等對(duì)中央空調(diào)的節(jié)能要求更加強(qiáng)烈

近些年，大型場(chǎng)所、建筑物、辦公大樓發(fā)展迅速，要特別注意耗能大的中央空調(diào)系統(tǒng)，合理控制不必要成本。在節(jié)能理念的指導(dǎo)下，企業(yè)和行業(yè)都要注重節(jié)能、環(huán)保，保證能源使用的效率，積極應(yīng)對(duì)發(fā)展目標(biāo)，從而達(dá)到國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)。隨著科技的不斷進(jìn)步，地源熱泵中央空調(diào)今后節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，不可避免地將對(duì)提高地源熱泵節(jié)能技術(shù)起到積極的作用。由于信息技術(shù)、手機(jī)軟件、因特網(wǎng)、電力線等的普及，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，使用手機(jī)監(jiān)督空調(diào)運(yùn)行情況。將空調(diào)門窗連在一起，可以智能開窗，有效利用自然環(huán)境進(jìn)行制冷，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，必然會(huì)開發(fā)出更先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)。今后中央空調(diào)行業(yè)必將朝著節(jié)能、智能、先進(jìn)、便捷的方向發(fā)展?，F(xiàn)在逐漸普及、廣泛使用的新型中央空調(diào)是地?zé)釤岜弥醒肟照{(diào)。根據(jù)目前環(huán)保開發(fā)理念，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制作用不容忽視。主要特點(diǎn)是比較節(jié)能，低碳，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)，維修簡(jiǎn)單。運(yùn)作有各種不同的動(dòng)作模式。在此基礎(chǔ)上，通過總體設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、一次側(cè)溫差設(shè)計(jì)等來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

四、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的組成

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)能夠吸收土壤源熱能，具有高效、節(jié)能、綠色環(huán)保、可再生的特點(diǎn)，集熱泵、暖通空調(diào)、地質(zhì)勘探等多種技術(shù)于一體，在相對(duì)穩(wěn)定的土壤溫度條件下高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行作業(yè)。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)由室內(nèi)空氣處理終端系統(tǒng)、地源熱泵中央空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)、室外地下管線系統(tǒng)三部分組成。在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，地源熱泵中央空調(diào)主機(jī)把用戶或工長(zhǎng)房間的余熱輸送到地下熱源，以滿足用戶的冷卻需求。地?zé)崴孟到y(tǒng)在向用戶提供采暖功能時(shí)，從地?zé)嵩粗刑崛≥^低的熱量，通過中央空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)組（熱泵）供應(yīng)給上位熱源，以滿足用戶的采暖需要。本實(shí)用新型由蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、四通閥、壓縮機(jī)組、制冷管件及相應(yīng)的電控系統(tǒng)組成。井下管道系統(tǒng)包括地下管線、循環(huán)泵、凈水器、閥門等。地源熱泵中央空調(diào)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)相似。差別如下。常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)由單一冷卻水冷卻器、冷卻裝置、循環(huán)泵及加熱系統(tǒng)組成。地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)包括壓氣機(jī)和循環(huán)系統(tǒng)。用填埋管和地面溫度來(lái)冷卻水系統(tǒng)，并用來(lái)冷卻供水系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)主要包括冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、制冷劑系統(tǒng)和冷凝器系統(tǒng)，冷水回路可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的地溫散熱和冷卻功能。

五、地源熱泵中央空調(diào)的工作特性

（一）清潔性能

地源熱泵中央空調(diào)主要利用地表的淺熱量進(jìn)行太陽(yáng)能供熱，是一種無(wú)污染的純能源，代表綠色能源。太陽(yáng)能以輻射的形式提供熱量，地?zé)嵩茨芰渴怯商?yáng)不斷變化產(chǎn)生的，屬季節(jié)變化，受季節(jié)影響較大的再生資源。夏季溫度高，太陽(yáng)溫度低，冬季比地面低。太陽(yáng)光的溫度高于地表溫度。利用太陽(yáng)能進(jìn)行地?zé)岜弥醒肟照{(diào)僅需少量的能量就可實(shí)現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換，對(duì)促進(jìn)高效節(jié)能、減少二氧化碳排放、促進(jìn)能源利用具有重要作用，節(jié)能減排，建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境。

（二）環(huán)保經(jīng)濟(jì)

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在充分利用太陽(yáng)能、減少二氧化碳、防止有害氣體方面發(fā)揮著重要作用，有利于節(jié)約能源，減少排放，防止環(huán)境污染。過去中央空調(diào)的實(shí)際利用中太陽(yáng)能利用得不到充分利用，主要是煤炭和石油等非再生能源，造成大量對(duì)環(huán)境不利的能源浪費(fèi)。這將導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。污染環(huán)境。實(shí)用的地源熱泵中央空調(diào)，主要利用太陽(yáng)能、熱效應(yīng)和穩(wěn)定化淺能源促進(jìn)能源集中，對(duì)防止能源浪費(fèi)、保護(hù)環(huán)境、降低運(yùn)行起著重要作用。有很強(qiáng)的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。

（三）便于維護(hù)

地下熱泵中央空調(diào)無(wú)需特殊冷暖系統(tǒng)，僅靠太陽(yáng)能作業(yè)，減少機(jī)械零件的使用，維修更方便。大多數(shù)的中央空調(diào)都設(shè)置在室內(nèi)，深埋于地下，使用年限長(zhǎng)，使用效果好。同以前的中央空調(diào)相比安裝方便，自動(dòng)化程度高，穩(wěn)定可靠。

六、地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的分析

（一）地源熱泵空調(diào)變流量水系統(tǒng)

熱泵空調(diào)可變流水系統(tǒng)地源熱泵中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)間短，技術(shù)尚不成熟，需要了解傳統(tǒng)空調(diào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以便自行開發(fā)。變流器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制中，各種房間的冷水流量可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，不造成資源浪費(fèi)。將能耗降到最低，達(dá)到節(jié)能的目的。通過與定流方式的比較，發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷結(jié)束后不僅冷水流量發(fā)生變化，而且冷水管路總水量也發(fā)生變化。調(diào)溫時(shí)，不改變供水溫度和回水溫度差，而是改變流量調(diào)節(jié)負(fù)荷。節(jié)能改造后，系統(tǒng)流量減少，系統(tǒng)輸出能量減少，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（二）地源熱泵空調(diào)變流量控制技術(shù)

地源熱泵中央空調(diào)的變流量控制技術(shù)可從兩方面進(jìn)行有效的負(fù)荷控制。一是開環(huán)控制系統(tǒng)。利用電腦技術(shù)收集有關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，并通過分析和處理后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于員工專業(yè)能力和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)也是有差別的，但智能和自動(dòng)化程度較低，易受主觀因素的影響。二是閉環(huán)控制系統(tǒng)，為了利用各種最新信息技術(shù)，建立數(shù)理模型，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為控制量，現(xiàn)已逐步取代前一種方法，廣泛應(yīng)用于地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)：

地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能分析地源熱泵空調(diào)設(shè)備主要有換熱器和液力機(jī)械流體力學(xué)兩大動(dòng)力源。作為一種新型的中央空調(diào)，地?zé)岜每照{(diào)不僅節(jié)約了建筑空間，有效地增加了使用面積，而且可以比較方便地進(jìn)行操作維護(hù)，延長(zhǎng)了空調(diào)系統(tǒng)的使用空間，同時(shí)也能更方便地操作維護(hù)，延長(zhǎng)使用壽命以及減少污染物的排放。那對(duì)環(huán)保有許多好處，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，今后將廣泛應(yīng)用。

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