暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用

■陳 躍 ■太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024

隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的暖通空調(diào)行業(yè)也迅猛發(fā)展起來，暖通空調(diào)開始走進(jìn)平常百姓家。一直以來，人們對于空調(diào)的安全性、可靠性以及舒適性比較重視，所以，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的地源熱泵推廣和普及也就成為了必然趨勢。然而，地源熱泵的普及也為其使用、檢修和維護(hù)帶來了新的更高的挑戰(zhàn)，因此，我們應(yīng)該加強(qiáng)對其結(jié)構(gòu)原理的認(rèn)識，普及檢修知識，為其運(yùn)用以及人們安全舒適的進(jìn)行生產(chǎn)生活打下良好的基礎(chǔ)。

1 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的地源熱泵概述

隨著世界科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，暖通空調(diào)技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。最初的暖通空調(diào)屬于單一取暖的形式:20 世紀(jì)20 年代初美國首先發(fā)明了利用冷卻液加熱后發(fā)出熱量調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度的方法，到20 世紀(jì)20 年代已經(jīng)發(fā)展到兼有加熱器、鼓風(fēng)機(jī)等的供熱系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代暖通空調(diào)系統(tǒng)的雛形，為其發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。直到今天，在我國的一部分小型低配置空調(diào)上還在使用單一的供暖系統(tǒng)。20 世紀(jì)30 年代末，日本的某空調(diào)公司首次安裝了機(jī)械制冷降溫的空調(diào)系統(tǒng)，成為暖通空調(diào)的崛起者。這種空調(diào)系統(tǒng)由于只能起到制冷作用，我們稱之為單一制冷系統(tǒng)。到了20 世紀(jì)50 年代，日本的空調(diào)公司在朗茨那牌空調(diào)上首次安裝了冷暖一體化的空調(diào)系統(tǒng)，此時的暖通空調(diào)具備了同時調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度以及通風(fēng)、過濾、除霜的作用。這種暖通空調(diào)系統(tǒng)是使用量最高最佳的一種系統(tǒng)。20 世紀(jì)60 年代以后，由于智能化的迅速發(fā)展，自動控制暖通空調(diào)出現(xiàn)。冷暖一體化的暖通空調(diào)還需要人為的控制，這很明顯在一定程度上把操作復(fù)雜化了，同時，控制的效果也不會很理想。1961 年，日本的空調(diào)公司在朗茨那牌空調(diào)上安裝了自動控制的暖通空調(diào)系統(tǒng)，人們只需要提前設(shè)置好溫度，暖通空調(diào)系統(tǒng)便會進(jìn)行自動控制和調(diào)節(jié)，最終達(dá)到設(shè)置好的溫度。20 世紀(jì)70 年代，微機(jī)控制空調(diào)出現(xiàn)。1974 年，日本的十鈴空調(diào)公司研發(fā)了通過電腦進(jìn)行控制的暖通空調(diào)系統(tǒng)，1978 年，此系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。由于微機(jī)控制空調(diào)不僅能控制室內(nèi)溫度、濕度和通風(fēng)，還能進(jìn)行顯示數(shù)字化以及部分故障自動化清除，這一進(jìn)展使得暖通空調(diào)技術(shù)發(fā)展到了一個新的高度?，F(xiàn)在的高檔全自動空調(diào)系統(tǒng)能夠依照室內(nèi)環(huán)境以及人的最適宜溫濕度自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，很大程度上提高了空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效率和效果。

2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的結(jié)構(gòu)原理

地源熱泵主要包括制冷系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、空氣過濾系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。制冷系統(tǒng)的工作原理是先冷卻熱交換器，再冷卻由鼓風(fēng)機(jī)吹進(jìn)室內(nèi)的空氣，達(dá)到制冷通風(fēng)的效果。如果室內(nèi)水分較大，由蒸發(fā)器冷卻之后水分會冷凝起來，起到除濕的作用。暖風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是取暖和除霜，地源熱泵是利用地下的熱量提高室內(nèi)的溫度。通風(fēng)系統(tǒng)是把室外的新鮮空氣抽進(jìn)室內(nèi)，達(dá)到通風(fēng)和換氣的目的。所有地源熱泵的工作原理基本一致，即用人工方法在室內(nèi)制造盡量使人感到舒適的環(huán)境條件。炎熱的天氣采用制冷方法，降低室內(nèi)溫度。制冷方法多種多樣，室內(nèi)采用的熱泵制冷方法主要是通過做功進(jìn)行制冷降溫。而在寒冷的冬天則是利用大地作為熱源的熱泵，為室內(nèi)提供適宜的溫度。

3 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵包括冷凍水、冷卻水及熱交換器系統(tǒng)、通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、中央空調(diào)變流量系統(tǒng)三部分。對于冷凍水、冷卻水及熱交換系統(tǒng)的使用應(yīng)該注意以下幾個方面:在技術(shù)水平較高、冷水機(jī)組自身控制條件較好的情況下，應(yīng)該設(shè)置冷卻水的出水溫度大于五攝氏度，對空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，增多冷水的供應(yīng)，減小出水溫差，降低冷水流量。通風(fēng)及地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)該按照之前設(shè)置好的時間進(jìn)行最高最佳的開啟、關(guān)閉等節(jié)能方法。依照冷卻水的供應(yīng)、回水的溫差和流量值的規(guī)律，隨時對建筑物的實(shí)際消耗能量進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，調(diào)整空調(diào)的運(yùn)行臺數(shù)和運(yùn)行順序。當(dāng)空調(diào)變流量系統(tǒng)采用變速地源熱泵時，供、回水總管上最好不要設(shè)置旁通電動閥。當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)末端設(shè)備采用電動三通閥時，空調(diào)水系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置壓差旁通控制。對于規(guī)模不大、電流量浮動較小的室內(nèi)，應(yīng)該依照供、回水溫差控制冷水機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)和運(yùn)行順序，控制方法一般為自動控制和手動控制兩種。對于規(guī)模比較大、電流量浮動較大、智能化水平要求比較高的建筑，應(yīng)該優(yōu)先設(shè)置好采用冷卻水機(jī)組的運(yùn)行順序，且在設(shè)計(jì)時就必須確定空調(diào)運(yùn)行順序控制的邊界條件。冷卻水機(jī)組和相關(guān)的電器應(yīng)該有對應(yīng)的開啟、關(guān)閉聯(lián)接?？照{(diào)地源熱泵的運(yùn)行必須和冷卻水機(jī)組相適應(yīng)，因此，空調(diào)地源熱泵的運(yùn)行順序也可依照冷卻水的流量變化來決定。在安全可靠，經(jīng)濟(jì)允許且節(jié)能潛力較大的情況下，對空調(diào)的適應(yīng)性和控制系統(tǒng)方案等進(jìn)行技術(shù)論證后，可以選擇和空調(diào)控制系統(tǒng)相結(jié)合的變頻控制方法，這種變頻控制方法的頻率和冷水機(jī)組的頻率一致。依照供、回冷水溫差控制空調(diào)地源熱泵的頻率。對于那些具有緩急性特征曲線的地源熱泵，應(yīng)該選擇溫差調(diào)節(jié)方式會比較節(jié)能。在空調(diào)運(yùn)行之前，應(yīng)該對空調(diào)地源熱泵的最低頻率進(jìn)行設(shè)置，最低頻率由空調(diào)地源熱泵的旋轉(zhuǎn)速度和冷卻水機(jī)組的最小溫差決定。一臺變頻器只能對一臺地源熱泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)多臺地源熱泵同時運(yùn)行時，它們的頻率應(yīng)該保持一致?？照{(diào)冷卻水機(jī)組的末端應(yīng)該選擇電動三通閥進(jìn)行控制。冷水機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)的確定與二次水環(huán)路的供、回水溫差以及冷水流量的實(shí)際需求有關(guān)。一類空調(diào)地源熱泵的運(yùn)行臺數(shù)選擇和冷卻水機(jī)組運(yùn)行順序的控制方法一致，一般一類空調(diào)地源熱泵與冷水機(jī)組額開啟和關(guān)閉聯(lián)結(jié)在一起。二類空調(diào)地源熱泵的運(yùn)行臺數(shù)選擇應(yīng)該采用溫差調(diào)節(jié)方法來確定，但是，空調(diào)冷水機(jī)組轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)幅度會受到限制。根據(jù)用戶測定的冷水機(jī)組實(shí)際流量值與二類空調(diào)地源熱泵設(shè)定流量值相比較，確定二類空調(diào)地源熱泵運(yùn)行順序。二類空調(diào)地源熱泵變速調(diào)節(jié)擰制采用變速調(diào)節(jié)控制比采用地源熱泵臺數(shù)控制的方法更節(jié)能。二類空調(diào)地源熱泵變速調(diào)節(jié)擰制應(yīng)該采用供、回水壓差或采用系統(tǒng)出口總管壓力信號進(jìn)行控制。在保證供、回水溫差的同時，也可根據(jù)典型立管環(huán)路末端最不利處壓差信號進(jìn)行控制。采用變速調(diào)節(jié)控制時，其運(yùn)行地源熱泵的頻率宜相同，并應(yīng)設(shè)置最低頻率，以防止地源熱泵堵轉(zhuǎn)。二次泵空調(diào)水系統(tǒng)的末端應(yīng)采用電動二通閥進(jìn)行控制。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，隨著社會經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展，我國的暖通空調(diào)安裝率已經(jīng)達(dá)到了百分之百，空調(diào)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊环N最基礎(chǔ)的配件。自發(fā)明暖通空調(diào)地源熱泵以來，其結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)用一直在不斷的更新和改進(jìn)，我們應(yīng)該對相關(guān)資料進(jìn)行綜合歸納，并從更深層次的角度對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用做全面的解析。與此同時，對暖通空調(diào)的結(jié)構(gòu)原理等做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，為廣大空調(diào)用戶提供具有較強(qiáng)的技術(shù)知識性、實(shí)用性的指導(dǎo)意見。

［1］馮如.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用探究［M］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2013:25.

［2］李曉.淺析暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用［M］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2014:124.