地源熱泵原理在空調(diào)節(jié)能方面的研究

李榮平

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所 江蘇連云港 222061）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民生活質(zhì)量的提高，采暖和空調(diào)的使用已經(jīng)占據(jù)建筑總體消耗的一半以上，在夏季天氣比較熱的時候，很多電網(wǎng)的用電高峰期的負(fù)荷強(qiáng)度大約有1/3左右是用在空調(diào)的制冷方面，導(dǎo)致很多地方的用電狀況比較緊張。這就使得研究人員開始重視地源熱泵技術(shù)在空調(diào)節(jié)能方面的應(yīng)用，因?yàn)槠洳粫艿綒夂蛞蛩鼗蛘叩赜蛞蛩氐南拗?，比傳統(tǒng)的能源更加的及節(jié)能、高效。

1 地源熱泵原理在空調(diào)節(jié)能方面的作用

地源熱泵系統(tǒng)主要是根據(jù)地下的巖土當(dāng)作一個穩(wěn)定的蓄熱體，能夠把地下淺層的資源和熱能，通過高位能源把低溫位能轉(zhuǎn)移到高溫位能，從而實(shí)現(xiàn)冬季取暖、夏季制冷的目的，具備非常大的社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益，屬于一項(xiàng)“綠色空調(diào)技術(shù)”。

1.1 社會效益

縱觀我國的傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)主要是依照礦物作為燃料，尤其是煤炭，更是我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。礦物炭燒導(dǎo)致很多污染物的產(chǎn)生，這是地球溫室效應(yīng)產(chǎn)生的重要原因。在空調(diào)節(jié)能方面應(yīng)用地源熱泵原理，能夠非常有效的減少傳統(tǒng)供熱以及空調(diào)對于大氣的污染程度，屬于一項(xiàng)于國于民都有利的綠色工程。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益

對于地源熱泵系統(tǒng)來說，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個建筑物的供熱以及制冷，還能提供相應(yīng)的生活用水，可以達(dá)到一機(jī)多用的效果。一套地源熱泵系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的鍋爐以及制冷機(jī)等兩套系統(tǒng)和裝置。當(dāng)系統(tǒng)比較緊湊的情況下，就可以不用再使用鍋爐房以及冷卻塔，很大程度上節(jié)省了建筑空間，還能實(shí)現(xiàn)建筑的美觀、大方。依據(jù)以前建筑項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)可以看出，地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用不高，其應(yīng)用所增加的投資在五年到十年的期限能一般都能收回。在整個應(yīng)用周期內(nèi)，地源熱泵的平均使用費(fèi)用要比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)低很多。事實(shí)上，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)其經(jīng)濟(jì)性跟多種因素相關(guān)，地區(qū)不同、地質(zhì)條件不同、能源結(jié)構(gòu)的不同可以影響其經(jīng)濟(jì)性。

2 地源熱泵在空調(diào)節(jié)能方面中的運(yùn)用

地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)屬于一個相對比較完整的系統(tǒng)，專業(yè)化和科學(xué)化的設(shè)計(jì)能夠保證空調(diào)系統(tǒng)的舒適性。要想體現(xiàn)中工程中空調(diào)的節(jié)能以及工程的時尚性，最關(guān)鍵的部分就是要把握好設(shè)計(jì)方面的因素、施工方面的因素以及運(yùn)行和調(diào)試方面的因素，其中比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)當(dāng)屬設(shè)計(jì)。

2.1 建筑物系統(tǒng)的勘察

當(dāng)決定實(shí)施地源熱泵的形式之前，就要對整個工程現(xiàn)場施工的資料進(jìn)行掌握，也就是現(xiàn)場的勘測工作。首先，要對建筑物的設(shè)計(jì)文件進(jìn)行仔細(xì)的了解，其次是對水文地質(zhì)方面的勘察。對于整個土壤地源熱泵管地?zé)峤粨Q器來說，只要挖一個大約3～5m的坑基本就能實(shí)現(xiàn)，要了解靠近地表處的圖紙中是不是存在巨石。而應(yīng)用垂直樣式的地?zé)峤粨Q器，需要鉆深孔，要記錄好相應(yīng)的格式。

2.2 地下巖土熱物性參數(shù)的檢測

地源熱泵土壤換熱器運(yùn)用中的一個非常重要的依據(jù)就是地下巖土的熱物性能的參數(shù)，要保證這個參數(shù)是準(zhǔn)確可靠的，不能出現(xiàn)負(fù)荷不足的狀況以及規(guī)模比較大的狀況，以免造成浪費(fèi)。就傳統(tǒng)的方法來看，要想確定巖土中熱物性的參數(shù)主要是通過進(jìn)行鉆孔取樣來對周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，除此之外，U型管的材料、具體的埋管方式等都會對換熱器的換熱能力產(chǎn)生一定的影響。

2.3 熱泵機(jī)組的選擇

我們以建筑物的中央空調(diào)使用為例，在選擇地泵機(jī)組的時候要選擇地源熱泵專用機(jī)組。當(dāng)前市場上很多使用者會把地源熱泵以及水環(huán)熱泵、水源熱泵等混作一體。所以，在機(jī)組選型的時候一定要標(biāo)注好具體的使用條件。就地源熱泵機(jī)組夏季制冷的工況來看，蒸發(fā)器中冷凍水的進(jìn)水溫度一般在12～7℃，冷凝器冷卻水的進(jìn)出循環(huán)的水溫大約為25～30℃。冬季制熱的時候，蒸發(fā)器的進(jìn)出循環(huán)水的溫度大約是8～3℃。

2.4 換熱器地埋管的選材

在空調(diào)中應(yīng)用地源熱泵原理的時候，選地埋管的管徑在φ20mm～φ50mm 時，以PE100—SDR11—φ32(GB/T13663—2000)為最佳。選擇換熱器管材管徑的時候要盡可能滿足三個方面的原則：一個原則是管道要保證足夠保持泵的最小的輸送功率，這樣能夠相應(yīng)的減少運(yùn)行的費(fèi)用；另一個原則是管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流來保證循環(huán)液體以及館內(nèi)壁之間的傳熱，最后一個原則是系統(tǒng)環(huán)路的長度盡量不要太長。地源熱泵管的具體管徑在選擇的時候要根據(jù)U型管所需要的長度來進(jìn)行選擇，這樣能夠進(jìn)一步減少埋管接頭的數(shù)量，當(dāng)前采用比較多的是直徑為PE80—SDR11—φ32的土壤地源熱泵管。而且地源熱泵換熱器在埋管的時候，如果條件允許，盡可能采用100m～400m的深孔埋管，這樣能夠保證地源熱泵技術(shù)在空調(diào)節(jié)能方面的效果。

3 結(jié)語

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就要注重開源節(jié)流，還要注重一些可再生能源的利用。我國地域遼闊，蘊(yùn)藏著非常多的地淺層的地能資源?？梢砸虻刂埔说倪\(yùn)用地源熱泵技術(shù)和原理，這樣能夠進(jìn)一步提高低溫地?zé)豳Y源的利用率，還能減少傳統(tǒng)暖通空調(diào)技術(shù)的局限，具備非常重要的實(shí)際價值，在能源節(jié)約以及防止環(huán)境污染方面的意義重大。

[1]趙軍，季新國.地源熱泵的工程應(yīng)用與環(huán)保節(jié)能特性分析[J].全國熱泵和空調(diào)技術(shù)交流會論文集，2012(10).

[2]魏唐棣，胡鳴明.地源熱泵冬季供熱測試和傳熱模型[J].暖通空調(diào),2012(08).

[3]何雪冰，劉憲英.中國過渡區(qū)域居住建筑的制冷、采暖現(xiàn)狀及其發(fā)展前景[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2012(13).