探索暖通空調(diào)設計中地源熱泵的運用

摘要：在我國供暖地區(qū)，每個供暖季度存在煤炭大量消耗問題，大量污染物、溫室氣體被排放，導致巨大能源浪費，引起嚴重環(huán)境污染。所以，對于暖通空調(diào)設計中引入新能源迫在眉睫，隨著地源熱泵在供暖系統(tǒng)中的應用，為暖通設計帶來技術(shù)革新，本文主要分析地源熱泵在暖通空調(diào)設計中的運用。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；暖通空調(diào)；設計

目前，人們生活水平正逐漸提升，開始追求更加舒適、安全的居住環(huán)境，室內(nèi)溫度是人們追求部分之一。人們身處寒冷冬季，能在室內(nèi)感受溫暖，要求暖通空調(diào)系統(tǒng)日益進步。所以，建筑設計提倡新能源---地源熱泵，利用地源熱泵結(jié)合有機物質(zhì)，可為房屋提供充分熱量，對周圍環(huán)境不造成污染。因此，在供暖地區(qū)，地緣熱泵將得到廣泛應用。筆者根據(jù)自身多年空調(diào)設計經(jīng)驗，分析地源熱泵在暖通空調(diào)設計中的運用。

一.暖通設計概述

目前，隨著我國建筑行業(yè)不斷發(fā)展，國家加大建筑投資力度，室內(nèi)設計數(shù)量、高層建筑正不斷增多，但室內(nèi)設計是每位業(yè)主重視的熱點，房屋不僅為人們提供生活、工作的地方，更使感到歸屬感、安全感，為人們遮風擋雨，人們大多數(shù)時間都身處室內(nèi)，因此，我們必須更加合理、科學的建設室內(nèi)環(huán)境。隨著高新技術(shù)涌現(xiàn)，室內(nèi)溫度設計由傳統(tǒng)設計轉(zhuǎn)至如今暖通設計，該類設計給人們生活帶來便捷，主要包含空氣調(diào)節(jié)與采暖通風功能，人們身處室內(nèi)房屋，若舒適度不夠，溫度較低或較高，均會感到不適感。隨著暖通空調(diào)設計，對空氣溫度、濕度智能控制，極大提升室內(nèi)舒適度，使人們在室內(nèi)能夠更好居住。因此，針對暖通空調(diào)設計，我們必須重視地源熱泵設計，提升屋內(nèi)溫度，方可實現(xiàn)室內(nèi)完美設計。

二.地源熱泵特點

首先，地源熱泵的優(yōu)勢。根據(jù)熱泵驅(qū)動方式，將熱泵劃分為機械壓縮式、吸收式、熱電式、蒸汽噴射式等四種熱泵，地源熱泵具有如下優(yōu)點：針對地源熱泵方法而言，機械壓縮式、蒸汽噴射式、吸收式等方式，需要技術(shù)人員具備技術(shù)專業(yè)性，通過大量人員素質(zhì)、技術(shù)等培訓，要求技術(shù)人員具備縝密、細致的態(tài)度，對于該類數(shù)據(jù)，必須具備準確性，不能粗心、馬虎。針對熱電式熱泵，技術(shù)人員研發(fā)與努力，能夠設計出由熱電熱泵排出氣體，不污染周圍環(huán)境，進而凈化大氣環(huán)境，降低噪聲污染。

其次，地源熱泵劣勢。目前，我國森林植被被大量破壞、砍伐，各種污水廢水隨意排放，使得樹木、綠色植被逐漸減少，土壤逐漸松動，注漿降低了土壤特性。使用地源熱泵對土壤性質(zhì)要求較高，土壤性質(zhì)地源熱泵性能具有直接影響。技術(shù)人員必須掌握土質(zhì)條件、氣候條件，掌握土壤濕性、熱性，將其應用至地源熱泵中，使屋內(nèi)溫度滿足人們舒適感。同時，處于不同冷熱負荷條件下，對熱泵系統(tǒng)、地下?lián)Q熱器的配合技術(shù)沒有深入研究，地熱空調(diào)技術(shù)主要以地熱能換熱器為主，強調(diào)熱泵系統(tǒng)、換熱激勵與換熱器的匹配。不同于線源傳熱模型，更加重視傳質(zhì)與傳熱模型，能真實模擬換熱器的換熱狀況。另外，熱泵技術(shù)同其它技術(shù)配合，地源熱泵作為鉆井與暖通空調(diào)等技術(shù)結(jié)合技術(shù)，要求技術(shù)人員必須協(xié)調(diào)掌握這兩種技術(shù)，對比技術(shù)性、經(jīng)濟性。

三.地源熱泵特性與種類

首先，大地耦合熱泵。它的熱源、熱匯是以地表淺層土壤為主，對比傳統(tǒng)空氣熱泵具有如下優(yōu)點：其一，與地表水與空氣而言，土壤深入地下時，全年的溫度波動相對較小，土壤影響地表的空氣、溫度，具有衰減、延遲作用。所以，多數(shù)條件下，熱源、熱匯宜作為熱泵裝置，確保系統(tǒng)高效率、穩(wěn)定運行；其二，土壤作為熱泵的熱匯、熱源，可取代傳統(tǒng)空調(diào)的鍋爐、冷卻塔，減少空氣污染，降低環(huán)境熱污染；其三，同空氣熱泵比較，大地耦合熱泵無除霜問題，無需風機回收土壤熱量，可降低系統(tǒng)噪聲等級；其四，土壤自身屬于蓄冷體和蓄熱體，所以，大地耦合熱泵能結(jié)合太陽能集熱裝置，利用土壤放熱功能、蓄熱共鞥，獲取最佳制冷效果、供熱效果；其五，土壤傳熱性能較差，需提供較大傳熱面積，所需占地面積過大；其六，埋設地下管道時，其成本較高，運行故障檢修難度較大；其七，當土壤干燥，降低其導熱性能，在夏季時，向外排熱難度大，呈不可逆運行狀態(tài)。

其次，地下水熱泵。地下熱泵屬于地源熱泵的重要分支，該類熱泵技術(shù)通過地下深井，依靠熱匯、熱源實現(xiàn)制冷或供熱。由于地下深井水位身處地層，深度相對較少，深井水水文甚至恒定不變。所以，熱泵運行具有顯著優(yōu)勢。其優(yōu)點可表現(xiàn)在如下方面：其一，布局緊湊的水井系統(tǒng)，占地面積較小，地下水回灌與抽取時，占地面積不會對其造成影響；其二，針對大地耦合熱泵而言，地式熱交換器改善成本較小，針對大型熱泵系統(tǒng)，井水單位容量成本極低，若井的流量較高，即可達到整個空調(diào)系統(tǒng)需求；其三，同中央空調(diào)系統(tǒng)比較，使用地下熱泵系統(tǒng)，如果設計合理，因不用維護，基本不會出現(xiàn)維護費用，若地下水回灌至蓄水層之后，不會影響地層的實際含水量。所以，針對地理環(huán)境與生態(tài)環(huán)境幾乎沒影響；其四，許多商業(yè)系統(tǒng)選擇地下熱泵系統(tǒng)，多年實踐證明該技術(shù)較為成熟，同時，鉆井技術(shù)可行性較高，系統(tǒng)簡便易行綜合造價低，水井占地面積小，可以滿足大面積建筑物的供暖空調(diào)的要求。

另外，它也具有不足之處，主要有如下表現(xiàn)：其一，含水層蓄水位空調(diào)提供冷熱源，必然會限制了溫度；其二，若鉆井施工效果較差，地下水質(zhì)遭受污染，回灌井選址需考慮水文地質(zhì)條件；其三，若熱泵系統(tǒng)未合理設計，且水位較深，會增加泵消耗成本。所以，若在某個區(qū)熱泵采用地下水，必須實施泵水試驗，對地下水量進行核查，檢測地下水水質(zhì)，制定更加詳細、準確的規(guī)劃方案。

第三，污水源熱泵。污水源熱泵，主要是從工業(yè)污水、城市污水中提取低品位熱源熱量，將其轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源，直接向住宅用戶提供熱、冷負荷的熱泵系統(tǒng)。使用污水源熱泵，是指利用水質(zhì)穩(wěn)定、溫度變化小的特點，以污水作為熱源進行制冷、制熱循環(huán)的一種空洞裝置。它具有如下優(yōu)點：其一，污水源熱泵是利用污水處理廠出水量大，水質(zhì)穩(wěn)定，常年溫度在1 3 ～2 5 ℃等特點，以污水作為熱源進行制冷、制熱循環(huán)的一種空調(diào)裝置。污水源熱泵具有熱量輸出穩(wěn)定、C O P 值高、換熱效果好、機組結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，是實現(xiàn)污水資源化的有效途徑。其二，污水源熱泵比燃煤鍋爐環(huán)保，污染物的排放比空氣源熱泵減少4 0 % 以上，比電供熱減少70% 以上。它節(jié)省能源，比電鍋爐加熱節(jié)省2 / 3 以上的電能，比燃煤鍋爐節(jié)省1 / 2 以上的燃料。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，其制冷、制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出4 0 % 左右，其運行費用僅為普通中央空調(diào)的5 0 % ～6 0 %。同時，它也存在一定缺陷，污垢還常常使流道表面的粗糙程度增加，引起摩擦系數(shù)和局部阻力系數(shù)的增加，這必然要引起整個換熱器的流動阻力壓降增大，故泵消耗的功率增加。所以在污水源熱泵系統(tǒng)中換熱器的設計、使用中，如何防垢、抑垢、除垢是非常重要的。

四.結(jié)束語

綜上所述，地源熱泵作為科學供暖方式，具有高效、環(huán)保優(yōu)點，由于我國地域曠闊，地表淺層能源較多，選擇不同地源熱泵技術(shù)，可提升地熱資源利用率，克服傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)缺陷，具有十分重要的實用價值。同時，在城市現(xiàn)代化建設，環(huán)境污染防治等方面，也具有重要意義。雖然地源熱泵具有一定缺陷，但只要我們合理運用地源熱泵，不斷研發(fā)暖通空調(diào)設計，必定推進建筑事業(yè)發(fā)展，更好滿足業(yè)主的心理、物質(zhì)需求。

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