地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蘭彩彬

摘?要：隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，人們生活水平日漸提高，對室內(nèi)裝修要求愈發(fā)嚴(yán)格。暖通空調(diào)是室內(nèi)設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)之一，高效、可靠應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)可有效節(jié)省成本支出，而且擁有良好的環(huán)保節(jié)能成效，與我國倡導(dǎo)綠色理念相吻合，提高建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)水平?；诖?，本文闡述地源熱泵實(shí)際應(yīng)用中特征，分析其實(shí)際應(yīng)用于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，后續(xù)相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

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

城市化進(jìn)程不斷較快，促進(jìn)建筑行業(yè)高速發(fā)展，人們對建筑內(nèi)部空間提出新的要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用十分凸顯。但由于大面積空調(diào)機(jī)應(yīng)用，不僅對自然環(huán)境造成破壞，而且需耗損大量能源，可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向下，對暖通空調(diào)進(jìn)行合理布設(shè)，實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能環(huán)保目標(biāo)十分關(guān)鍵。應(yīng)用地源熱泵可滿足建筑基本功能同時(shí)，達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)，需設(shè)計(jì)人員高度加以重視，綜合性考量各方面因素。

一、地源熱泵特征優(yōu)勢分析

地源熱泵基本原理主要是，最大限度應(yīng)用地?zé)豳Y源，實(shí)現(xiàn)供熱及制冷雙重目標(biāo)。譬如，冬季室外溫度為-10oC、夏季溫度高達(dá)40oC，地下土壤內(nèi)部溫度長期固定于14oC，充分應(yīng)用其溫差降低能源耗損量，冬季將地能中熱量獲取，適當(dāng)升溫之后用于室內(nèi)采暖，可節(jié)省能源高達(dá)40%;夏季將室內(nèi)熱能輸送至地能中，可節(jié)省能量約為60%。與傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)相較，地源熱泵核心熱能源于地下，不僅可降低能源耗損，而且對環(huán)境保護(hù)成效具有積極作用。地源熱泵特征主要展示在以下幾方面：

（1）地源熱泵具備一定清潔性。電力為電源熱泵運(yùn)行做以可靠保證，電力應(yīng)用于地源熱泵中，主要熱能源于大地，所以應(yīng)用整合環(huán)節(jié)并不存在一定的反應(yīng)，不會出現(xiàn)燃燒等現(xiàn)象，不會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。此外，選取應(yīng)用較為成熟的地源熱泵，其整個(gè)系統(tǒng)正式運(yùn)行過程中，無需配置相應(yīng)的冷卻裝置，所以最終將內(nèi)部熱能排放過程中，會環(huán)境造成一定影響[1]。

（2）地源熱泵具有一定能效性。分析現(xiàn)下地源熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀，其正式使用過程中，大幅度提高對各項(xiàng)資源應(yīng)用率。譬如，冬季整個(gè)氣溫較低，應(yīng)用地源熱泵可保證將其溫度予以控制，一般處于12-22oC，高于常規(guī)溫度。地源熱泵實(shí)際供熱過程中，可進(jìn)一步提高其蒸發(fā)溫度，有助于保證該系統(tǒng)使用能效。

（3）地源熱泵經(jīng)濟(jì)性。地源熱泵實(shí)際制冷時(shí)，由于其冷凝實(shí)際溫度較低，與原有暖通空調(diào)相較，具備良好的制冷效果。根據(jù)現(xiàn)下調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，暖通空調(diào)中應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，其制冷及供熱費(fèi)用支出可降低1/3，。此外，與原有鍋爐供熱系統(tǒng)相較，地源熱泵在運(yùn)行過程中可依托電能支持，但整體能源耗損量較低，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)勢十分凸顯。

（4）地源熱泵可靠性。地源熱泵實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)整體依附于計(jì)算機(jī)進(jìn)行管控，可保證該系統(tǒng)運(yùn)行精準(zhǔn)性及可靠性。同時(shí)，操作人員可通過監(jiān)控設(shè)施，對該系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期管控，

進(jìn)一步了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中存在問題，有目的性采取相應(yīng)的措施，提高地源熱泵應(yīng)用可靠性及安全性。

（5）地源熱泵具有穩(wěn)定性。地源熱泵正式運(yùn)行時(shí)，不受環(huán)境、溫度等因素限制，其自身溫度可始終處于良好狀態(tài)，將其溫度控制在10-25oC內(nèi)，供熱及制冷系統(tǒng)也可保證在3.5-4.5內(nèi)，與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)相較，地源熱泵系統(tǒng)自身穩(wěn)定性更優(yōu)良。

二、地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用分析

1、大地耦合熱泵

大地耦合熱泵基本應(yīng)用原理為，以淺層地表土壤為核心熱源，持續(xù)性為其提供驅(qū)動力，最大限度應(yīng)用耦合交換地?zé)崞魈卣鲀?yōu)勢，將其以水平形式放置于地溝中，并將其與周圍水環(huán)路體系進(jìn)行銜接。與傳統(tǒng)熱泵相較，大地耦合熱泵優(yōu)勢特征體現(xiàn)在以下幾方面：第一，地下土壤溫度產(chǎn)生動態(tài)化波動較小，且地表內(nèi)空氣波動存在一定延緩性作用，有助于實(shí)現(xiàn)熱源，保證大地耦合器處于穩(wěn)定狀況下。第二，將土壤作為核心熱源介質(zhì)，無需增設(shè)相應(yīng)的鍋爐和冷卻塔，可避免此類裝置增設(shè)帶來環(huán)境污染問題，在土壤放熱及存儲熱作用下，進(jìn)而呈現(xiàn)更加的供熱、制冷成效。應(yīng)用大地耦合熱泵過程中，需按照實(shí)際狀況，遵循因地制宜的原則，選取土壤轉(zhuǎn)換器，現(xiàn)下常用大地耦合熱泵分析，主要包含兩種類型，即水平型、垂直型，其中垂直型使用頻次更高。此外，由于換熱管材長期埋設(shè)于地下，所以應(yīng)基于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性出發(fā)，選取管材自身耐腐蝕性和化學(xué)性能優(yōu)良，且具有一定強(qiáng)度和韌度管材[2]。

2、地下水熱泵

地下水熱泵系統(tǒng)核心原理為，充分應(yīng)用地下水將其作為熱泵系統(tǒng)介質(zhì)，持續(xù)性為其提供運(yùn)行支持，發(fā)乎深井水溫穩(wěn)定優(yōu)勢，最終達(dá)成熱量成功交換目的。地下水熱泵應(yīng)用價(jià)值為，其自身整個(gè)不會占據(jù)較大面積，以及正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常狀況較少，可節(jié)省一定的維護(hù)成本費(fèi)用，施工工藝較為簡易。地下水熱泵應(yīng)用過程中，將地下水抽取之后，需進(jìn)行相應(yīng)的回灌工作，以免對周圍環(huán)境造成一定干擾。

3、地表水熱泵

地表水熱泵與地下水熱泵存在較多相似點(diǎn)，其核心異同點(diǎn)是地表水熱泵是由潛在水面以下塑料管道，作為系統(tǒng)核心構(gòu)成，此類管道相似點(diǎn)體現(xiàn)在聯(lián)膜及多重性特征，地表水熱泵是運(yùn)營過程中，形成完整的地下水熱交換系統(tǒng)，可將原有土壤熱交換系統(tǒng)予以替代。設(shè)計(jì)暖通空調(diào)過程中，選取地表水熱泵需保證建筑物和管道進(jìn)行有效銜接，進(jìn)而一定程度保障地表水熱泵，處于穩(wěn)定條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，地表水熱泵實(shí)際應(yīng)用過程中，需綜合性考量區(qū)域內(nèi)環(huán)境條件，對相關(guān)設(shè)備及管理做好防潮、防凍處理保護(hù)，減少氣候因素對其造成的不利影響。

三、實(shí)踐項(xiàng)目案例分析

1、項(xiàng)目概況

某工程內(nèi)部包含面積較大，總建筑面積為總建筑面積6917㎡，內(nèi)部包含辦公樓、公寓、消防中心、餐廳等模塊，主要工作內(nèi)容是室外埋設(shè)管熱交換系統(tǒng)埋設(shè)工作、機(jī)房及地源熱泵機(jī)組安裝、部分空調(diào)末端安裝。夏季空調(diào)末端主要供給7/12oC循環(huán)水，促使各室內(nèi)溫度始終控制在24±2℃，最低溫度可達(dá)到18oC，冬季為空調(diào)末端提供45/40oC循環(huán)熱水，促使各室內(nèi)溫度控制在18±2℃，最高可達(dá)到26oC，其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成效應(yīng)在合同中體現(xiàn)。

2、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和運(yùn)行費(fèi)用比較分析

嚴(yán)格依照我國相關(guān)出臺規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照建筑特性，冷負(fù)荷指標(biāo)為100W/m2，負(fù)荷為691.7KW，熱負(fù)荷指標(biāo)為80W/m2，總體熱負(fù)荷為553.36KW。夏季總冷負(fù)荷為691.7KW，則夏季向土壤排放熱量約為830.04KW;冬季總熱負(fù)荷為553.36KW，則冬季從土壤吸收總熱量為442.6KW。按照土壤換熱系統(tǒng)構(gòu)成分析，地下U型管作為熱泵機(jī)組核心熱源，依托其實(shí)現(xiàn)熱量交換，其換熱器主要選取為PE100材料制作形成，以此延長其系統(tǒng)使用年限。按照其施工地區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件，最終設(shè)計(jì)建造能源井為82口，以其能源井深度、數(shù)量為實(shí)際換熱取值，最終保證換熱器管路長度為19680m，地下?lián)Q熱器在地下1.5-3米內(nèi)由水平管完成銜接至機(jī)房，確保對小區(qū)道路不會造成干擾。選取上述工藝方式，可保證換熱器管理中循環(huán)介質(zhì)保證均勻流動，達(dá)成熱量均衡交換目標(biāo)，地下?lián)Q熱管系統(tǒng)選取同程管路設(shè)計(jì)。同時(shí)，在整個(gè)換熱系統(tǒng)中增設(shè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥，以此實(shí)現(xiàn)液體流動。該項(xiàng)目機(jī)組按照每年夏季運(yùn)行120天，每天運(yùn)行8小時(shí)，冬季適當(dāng)延長2小時(shí)，最終夏季產(chǎn)生的總費(fèi)用為6367.34元，日均為0.0768元/平米天;冬季總體費(fèi)用為68448.84元，日均費(fèi)用為0.00825元/平米天。最終運(yùn)行受環(huán)境干擾小，運(yùn)行費(fèi)用較低，并不冷卻塔，對建筑整體外觀不造成影響，不會產(chǎn)生噪聲，具有環(huán)保節(jié)能成效，使用年限高達(dá)20年左右。

結(jié)束語

城市化進(jìn)程加快，助力建筑產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)作為核心構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理性及科學(xué)性，對室內(nèi)環(huán)境造成一定干擾、設(shè)計(jì)人員需對其高度重視，應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，可獲取良好應(yīng)用成效，一定程度保證暖通空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，促進(jìn)建筑行業(yè)良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭仁良，吳海東，胡純杭.機(jī)電安裝工程暖通空調(diào)中的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用分析[J].建筑技術(shù)研究，2019，2（1）：82-83.

[2]陳萬利.太陽能-地源熱泵聯(lián)合空調(diào)技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2020，584（23）：110-114.