智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用探討

■鄧光勇 ■貴州建工集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001

能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)是人類當(dāng)前主要面臨的問(wèn)題，是關(guān)系到人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題，建筑在形成、使用的過(guò)程中會(huì)消耗大量能源，并對(duì)環(huán)境造成一定影響，地?zé)崮茉吹某霈F(xiàn)為建筑的能源利用提供了新的思路，智能建筑是當(dāng)今建筑的主要發(fā)展趨勢(shì)，智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用探討對(duì)于在智能建筑不斷發(fā)展背景下，節(jié)約能源、改善環(huán)境有著重要的意義。

1 地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)

地源熱泵系統(tǒng)是一種通過(guò)電力做功將土壤中或土壤水中的低品位熱能轉(zhuǎn)化為人們能夠利用的高品位熱能的系統(tǒng)裝置，其主要特點(diǎn)有:①節(jié)能:地源熱泵系統(tǒng)能夠有效的節(jié)約能源;②環(huán)保:地源熱泵系統(tǒng)在工作的過(guò)程當(dāng)中不產(chǎn)生廢熱、廢水、廢氣，對(duì)環(huán)境起到了較好的保護(hù)作用;③適用性廣:地源熱泵系統(tǒng)的的適應(yīng)范圍比較廣，對(duì)環(huán)境的要求較低，在-5-50℃的溫度范圍環(huán)境下均可工作［1］;④安全:地源熱泵系統(tǒng)有著較大的安全性，其在工作的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了水電分離，避免了漏電所帶來(lái)的安全隱患。

2 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的集成

能源問(wèn)題是當(dāng)前人類所要面對(duì)的主要問(wèn)題，地?zé)崮苁且环N可再生能源，在利用地源熱泵系統(tǒng)對(duì)地?zé)崮苓M(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)，能夠有效的節(jié)約能源，并且十分環(huán)保。智能建筑是當(dāng)今建筑的主要發(fā)展趨勢(shì)，其智能化技術(shù)在能源的利用上有著重要的作用，在智能建筑中應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)有著安全、高校、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，所以，智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用有著重要的意義，而要想實(shí)現(xiàn)智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，充分發(fā)揮智能建筑的智能化優(yōu)勢(shì)，就要將地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行集成。

2.1 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)集成的意義

智能建筑地源熱泵系統(tǒng)集成對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的有效運(yùn)行有著重要的意義:(1)實(shí)現(xiàn)信息資源共享:智能化地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠提供一個(gè)開(kāi)放的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)各種數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲(chǔ)存和管理，實(shí)現(xiàn)了信息與資源的共享，提升了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;(2)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng):地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)其與建筑其他智能系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)了地源熱泵系統(tǒng)與智能建筑的融合;(3)提升了運(yùn)行的穩(wěn)定性:這種集成能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，縮短了故障發(fā)現(xiàn)的時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理有著重要的意義，有效的增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;(4)降低成本:地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的集中管理，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少了維修費(fèi)用和二次購(gòu)買費(fèi)用，有效降低了運(yùn)行成本。

2.2 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的集成

智能地源熱泵系統(tǒng)集成主要有以下幾個(gè)方面:(1)對(duì)系統(tǒng)中各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)觀測(cè)，例如溫度、濕度、水泵熱泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、壓力、流量等等;(2)對(duì)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行匯集、累計(jì)、整理，如對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行整理，以便于合理安排設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，以保證設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)土熱交換器交換熱量進(jìn)行累計(jì)分析，觀察土壤的熱平衡;(3)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行集中控制，主要有設(shè)備啟停控制、設(shè)備故障切換控制、設(shè)備變頻控制等等，通過(guò)對(duì)設(shè)備的集中控制實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的統(tǒng)一管理［2］;(4)聯(lián)動(dòng)方面:在地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行荷載過(guò)大時(shí)，聯(lián)動(dòng)輔助系統(tǒng)進(jìn)行供冷、供熱，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

3 智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

3.1.1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

是一種利用地源熱泵轉(zhuǎn)化淺層地?zé)崮転橹悄芙ㄖ峁┲评?、制熱服?wù)的空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由淺層地?zé)崮懿杉到y(tǒng)、水源熱泵機(jī)組、冷熱分配系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)組成。(1)淺層地?zé)崮懿杉到y(tǒng):由換熱器、循環(huán)泵、循環(huán)管道等部件組成，其主要工作機(jī)理是通過(guò)水或者防凍劑溶液的不斷循環(huán)采集淺層地?zé)崮埽⑵渌椭了礋岜脵C(jī)組進(jìn)行熱交換工序;(2)水源泵機(jī)組:由壓縮機(jī)、節(jié)流閥、冷凝器、蒸發(fā)器等部件組成，其主要工作機(jī)理是將采集的地?zé)崮芡ㄟ^(guò)制冷制熱的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱交換的過(guò)程，并合理分配，通過(guò)冷熱分配系統(tǒng)提供給智能建筑;(3)冷熱分配系統(tǒng):由冷熱循環(huán)泵、分水器、集水器等基本部件組成，其主要工作機(jī)理是將水源泵機(jī)組分出的冷水和熱水輸送至智能建筑的空氣處理系統(tǒng);(4)空氣處理系統(tǒng):是由新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)系統(tǒng)等組成，其主要原理是將輸送的冷水和熱水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)水氣能量交換，為人們提供健康的生活環(huán)境。

3.1.2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

智能建筑中地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:(1)能源的優(yōu)越性:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所利用的能源是地?zé)崮?，太?yáng)輻射到地球的太陽(yáng)能有47%儲(chǔ)存在了地表淺層的土壤和水中，這些地?zé)崮茉春渴铸嫶?，屬于可再生能?(2)高效、節(jié)能、環(huán)保:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要以土壤、地下水、地表水作為熱源和熱匯，在夏季制冷時(shí)，這些熱源、熱匯的溫度要比環(huán)境的溫度低，這就大大降低了冷凝壓力，降低了機(jī)組的工作功率，相反的，在冬季制熱的過(guò)程中，熱源、熱匯的溫度要高于外界環(huán)境溫度，降低了熱泵的制熱壓力，提高了機(jī)組的性能，綜上兩種情況，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠有效的節(jié)約能源;(3)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中以電為主要?jiǎng)恿?，不?huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要的意義;(4)占地面積少:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)不需要設(shè)置鍋爐，這會(huì)大大減少占地面積，節(jié)約了土地資源;(5)應(yīng)用廣泛:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠同時(shí)提供制冷需求和制熱需求，應(yīng)用廣泛。

3.2 地源熱泵熱水系統(tǒng)

3.2.1 地源熱泵熱水系統(tǒng)的構(gòu)造與原理

地源熱泵熱水系統(tǒng)以淺層土壤熱能、地下水熱能、地表水熱能為低溫?zé)嵩矗玫卦礋岜锰崛∵@些能源轉(zhuǎn)化為生活熱水，這就是地源熱泵熱水系統(tǒng)。地源熱泵熱水系統(tǒng)由淺層地能采集系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組、熱水供應(yīng)裝置三個(gè)子系統(tǒng)組成，其主要的共作原理是淺層地能采集系統(tǒng)提取土壤和地下水熱能，然后通過(guò)熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器與熱泵循環(huán)進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能建筑熱水的供應(yīng)。

3.2.2 地源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

地源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面:(1)高效節(jié)能:地源熱泵熱水系統(tǒng)的制熱系數(shù)能夠達(dá)到3-8，而其他的一些熱水裝置的制熱系數(shù)一般都小于1，這就大大的提高了能源的利用率;(2)工作時(shí)限無(wú)限制:地源熱泵熱水系統(tǒng)工作時(shí)受到自然環(huán)境的影響比較小，無(wú)論在晴天、陰雨天、雪天都能源源不斷的制取熱水;(3)占地面積小:地源熱泵熱水系統(tǒng)的換熱器埋設(shè)于地下，不占地上的面積，在智能建筑中不占建筑面積，熱泵機(jī)組的體積也很小，總體來(lái)說(shuō)地源熱泵系統(tǒng)的占地面積是比較小的;(4)安全可靠:地源熱泵熱水系統(tǒng)熱水的提取過(guò)程是在水電分離的環(huán)境下進(jìn)行的，環(huán)境安全，過(guò)程可靠，這就大大延長(zhǎng)了其使用壽命，一般來(lái)說(shuō)，智能建筑的地源熱泵熱水系統(tǒng)的使用年限在15 至20 年［3］。

4 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

我國(guó)幅員遼闊，地?zé)豳Y源十分豐富，積極開(kāi)發(fā)智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)節(jié)約成本，提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益有著重要的作用，地源熱泵系統(tǒng)能夠?qū)δ茉从兄^大的利用率，在制冷制熱的過(guò)程中能夠利用地?zé)釡囟扰c環(huán)境溫度的相反性，有效提高機(jī)組的效率，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

綜上所述，地源熱泵系統(tǒng)是一種重要的可再生能源利用技術(shù)，其在智能建筑的應(yīng)用中有著較好的發(fā)展前景，本文以智能建筑地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和地源熱泵熱水系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)單研究了智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在為今后智能建筑地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

［1］徐軍祥.我國(guó)地?zé)豳Y源與可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用［J］.中國(guó)人口資源與環(huán)境，2005(11):119-124.

［2］黃煥章.新能源的開(kāi)發(fā)與熱泵技術(shù)應(yīng)用［J］.山西能源與節(jié)能，2008(3).

［3］李元旦.土壤源熱泵的國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及展望［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2002，23(1).