解析暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用

楊偉忠

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們開始追求更高品質(zhì)的生活環(huán)境，為了保證居住環(huán)境溫度可以更加適宜，人們開始更加依靠暖通空調(diào)的應(yīng)用，這樣就增加了能源的消耗，同時(shí)也對(duì)人們居住的環(huán)境造成了一定的危害，在國(guó)家大力推動(dòng)節(jié)能減排政策的情況下，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)也必須進(jìn)行改革。本文簡(jiǎn)單介紹了地源熱泵技術(shù)的工作原理及地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，并分析了地源熱泵應(yīng)用的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：暖通設(shè)計(jì) 地源熱泵技術(shù) 應(yīng)用

前言

1、地源熱泵技術(shù)的工作原理

熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，采用熱泵可以把熱量從低溫運(yùn)送到高溫。它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的 1/3 或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。熱泵與制冷的原理和系統(tǒng)設(shè)備組成及功能是一樣的，對(duì)蒸汽壓縮式熱泵 （制冷）系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、和節(jié)流閥組成，還應(yīng)有起到輸送能量的循環(huán)工質(zhì).作為地源熱泵，與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷不同的是地源熱泵制冷省略了龐大的冷凝設(shè)備，而以深井水取而代之。

2、地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 經(jīng)濟(jì)性

地源熱泵系統(tǒng)雖然也需要使用空調(diào)，但相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)而言，供熱和制冷的運(yùn)行費(fèi)用可以有效減少 30～45%，除此之外，地源熱泵的能量主要來(lái)自大地，對(duì)電能的依賴小，能耗小，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)十分突出。

2.2 能效性

地源熱泵系統(tǒng)雖然能耗小，但絲毫不影響其制冷和供熱的效果。在實(shí)際運(yùn)行過程中，利用大地儲(chǔ)存熱能的特性可以同時(shí)滿足冬天和夏天兩個(gè)季節(jié)的能量需求，地源熱泵系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷凝溫度比普通空調(diào)更低，制冷效果較傳統(tǒng)的冷卻塔式系統(tǒng)和風(fēng)冷式系統(tǒng)更好，而在供熱過程中，可以將溫度維持在明顯高于常規(guī)狀態(tài)下的環(huán)境溫度范圍內(nèi)，在寒冷的冬天為我們提供一個(gè)更加舒適的環(huán)境。

2.3 清潔性

在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于地源熱泵系統(tǒng)所需的熱量主要來(lái)自于大地中的熱能，不存在燃料燃燒的過程，因而可以有效減少對(duì)周邊環(huán)境的污染和影響，除此之外，地源熱泵系統(tǒng)的配置更加簡(jiǎn)單，擺脫了傳統(tǒng)空調(diào)冷卻塔裝置和外掛機(jī)設(shè)備等配置對(duì)周邊自然環(huán)境產(chǎn)生大量污染的困擾。

2.4 安全性

地源熱泵系統(tǒng)的管理和控制都是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行的，在多工況運(yùn)行狀態(tài)下具有更高的可靠性，在一定技術(shù)支持下，甚至可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)可以忽略許多環(huán)境因素的影響，與普通空調(diào)系統(tǒng)相比表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。具有這些優(yōu)勢(shì)，保證了人們?cè)诟踩沫h(huán)境下使用地源熱泵系統(tǒng)。

3、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵技術(shù)的運(yùn)用

3.1 大地耦合熱泵

大地耦合熱泵技術(shù)的主要是以地球表面淺層的土壤作為能源或者是熱量的來(lái)源，在實(shí)際的使用過程中，此類熱泵技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。①土壤中溫度的波動(dòng)較小。同其他環(huán)境介質(zhì)相比，一定深度的土壤溫度變化較小，與此同時(shí)，土壤對(duì)于地表淺層溫度以及空氣中溫度的變化具有一定的延遲作用，所以，將土壤作為地源熱泵的裝置是非常明確的選擇。土壤作為巨大的能量?jī)?chǔ)存體，將大地耦合熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能集熱裝置一同使用，可以大大的提升地表淺層能源的使用效率，也可以確保地源熱泵技術(shù)的正常使用。②地源熱泵技術(shù)具有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。將土壤作為熱能量的儲(chǔ)存地方，可以部分代替或者完全代替鍋爐房、冷卻塔的使用，同時(shí)還可以減少暖通空調(diào)對(duì)環(huán)境的污染程度。③大地耦合熱泵技術(shù)具有較高的穩(wěn)定性能。大地耦合熱泵深埋在地表以下，可以有效的借助大地的熱能對(duì)室內(nèi)居住環(huán)境的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以，夏天的高溫以及冬天的環(huán)冷溫度都不會(huì)對(duì)大地耦合熱泵帶來(lái)影響，為此，大地耦合熱泵也不用進(jìn)行除霜等處理。

3.2 地表水熱泵

地表水熱泵系統(tǒng)跟地下水熱泵技術(shù)相似，不同的是，地表水熱泵技術(shù)主要是通過地表水面以下的塑料管道構(gòu)成的，這些塑料管道的構(gòu)成形式主要是多重并聯(lián)模式，在地表水運(yùn)行的過程中形成的地下水熱交換器，這樣可以在一定的情況下替代土壤的熱能源交換系統(tǒng)。

3.3 地下水熱泵

地下水熱泵是目前使用最為廣泛的地源熱泵技術(shù)之一，也是地源熱泵技術(shù)的研究重點(diǎn)。①占地面積小，布局嚴(yán)謹(jǐn)。地下水熱泵的水井系統(tǒng)占地面積比較小，但是地下水的抽取與回灌卻不會(huì)受到占地面積的影響，同時(shí)，嚴(yán)密的水井系統(tǒng)布局也使地下水的抽取與回灌效果大大提升。②運(yùn)行成本低。大型地下水熱泵系統(tǒng)的單位容量成本比較低，只需要一個(gè)流量較高的井就可以滿足整個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③系統(tǒng)維護(hù)成本低，對(duì)環(huán)境的影響較小。合理的地下水熱泵循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以保證系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，甚至不用進(jìn)行日常維護(hù)，由此可以節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)，通過地下水回灌，地層的實(shí)際含水量基本不變，因此地下水熱泵循環(huán)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成的影響比較小。

4、地源熱泵應(yīng)用的注意事項(xiàng)

4.1 地源熱泵

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用要因地制宜將地源熱泵運(yùn)用到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際使用過程中，地源熱泵的設(shè)計(jì)卻會(huì)受到客觀環(huán)境的諸多限制，因此地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)是因地制宜的。當(dāng)大地夏季儲(chǔ)存的熱能不足，無(wú)法滿足建筑物的冬季供暖時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加制熱裝置來(lái)增加熱能，使熱能滿足相關(guān)規(guī)定的要求，當(dāng)大地冬季儲(chǔ)存的冷能量不足，無(wú)法滿足建筑物的夏季制冷需求時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

4.2 正確選擇與地源熱泵類型相適應(yīng)的機(jī)組

目前，市面上的機(jī)組類型繁多，也缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與管理，因此在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中要根據(jù)地源熱泵的類型來(lái)挑選合適的機(jī)組，同時(shí)，地源熱泵對(duì)機(jī)組的的能效比與性能系數(shù)有著很高的要求，而且各個(gè)廠家生產(chǎn)的機(jī)組，其能效比和性能系數(shù)可能存在不同，因此設(shè)計(jì)者必須根據(jù)地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數(shù)。如果機(jī)組類型或者機(jī)組的能效比與性能系數(shù)與地源熱泵類型不相適應(yīng)，就會(huì)影響地源熱泵系統(tǒng)的正常使用，影響建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系統(tǒng)的合理管控

地源熱泵的控制系統(tǒng)主要有三個(gè)：①熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要借助自動(dòng)化裝置進(jìn)行制冷以及制熱的合理調(diào)配，不需要人工操作；②水池的控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的調(diào)控依據(jù)是水位的高低，當(dāng)水位達(dá)到一定高度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)開啟或者關(guān)閉深井蓋；③井群控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要進(jìn)行分組管理，并促進(jìn)其他控制系統(tǒng)控制能力的正常發(fā)揮。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，總而言之，在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)成為建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，直接影響著室內(nèi)環(huán)境的舒適度?，F(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展，我國(guó)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(lái)，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(duì)相關(guān)資料進(jìn)行綜合歸納，并從更深層次的角度對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用做全面的解析。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉.淺析暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2014：124～131.