地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

陳翔

摘 要：：隨著人們對(duì)于生活品質(zhì)要求的提升，城市的供暖系統(tǒng)已經(jīng)漸漸發(fā)展成為人們生活的必需品。地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，地源熱是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱源交換作為熱泵的冷熱源，通過熱泵技術(shù)獲取可供空調(diào)使用的冷熱水的空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)架設(shè)由于對(duì)地質(zhì)條件有嚴(yán)格的要求，因此對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)格外重要。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；經(jīng)濟(jì)節(jié)能；綠色環(huán)保

一、地源熱泵技術(shù)概述

地源熱泵技術(shù)是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過消耗一定的電能，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，在夏天還可以將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的。地源熱泵僅需要消耗少量的能源，就能獲得高于輸入能量數(shù)倍的熱能效果，是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的溫控系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱向建筑物供暖； 夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。是一種有效地利用能源的方式。地源熱泵系統(tǒng)不直接抽取地下水，而是通過地下土壤換熱器與地下土壤進(jìn)行熱交換，不會(huì)污染地下水，通過冬季和夏季的熱交換，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)熱平衡，保證了地下土壤的自然平衡狀態(tài)。

二、 地源熱泵的主要特點(diǎn)

1.清潔性。電力是地源熱泵運(yùn)行的重要保障，而地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于熱量主要來自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過程，可以有效減少對(duì)于周邊自然環(huán)境的影響和污染。同時(shí)，在相對(duì)成熟的技術(shù)支撐下，地源熱泵系統(tǒng)不需要配置相應(yīng)的冷卻塔裝置和外掛機(jī)設(shè)備，因此在熱能的排放過程中，同樣不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。

2. 能效性。從目前的技術(shù)發(fā)展情況看，地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)于能源的利用效率極高，例如，在冬季氣候狀態(tài)下，可以將室內(nèi)的溫度維持在12-22℃的范圍內(nèi)，明顯高于常規(guī)狀態(tài)的環(huán)境空氣溫度。而在供熱過程中，可以顯著提升熱泵在循環(huán)狀態(tài)下的蒸發(fā)溫度，對(duì)于提升整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的能效比是非常重要的。

3. 經(jīng)濟(jì)性。與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷凝溫度更低，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。相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，在地源熱泵系統(tǒng)中，空調(diào)的供熱和制冷運(yùn)行費(fèi)用能夠減少30%-40%。不僅如此，與一般的鍋爐供熱、電能供熱系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)雖然也需要依靠電能運(yùn)行，但是能耗極小經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)非常突出。

4.可靠性。在地源熱泵系統(tǒng)中，對(duì)于系統(tǒng)的管理和控制全部都是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行的，可以有效保證系統(tǒng)在多工況運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，管理人員還可以通過遠(yuǎn)程控制的方式，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

5.穩(wěn)定性。地源熱泵系統(tǒng)可以在任何環(huán)境因素的作用下，確保熱源溫度的穩(wěn)定性，將其控制在 10-25℃的溫度區(qū)間內(nèi)，制 冷和供熱系統(tǒng)也可以維持在 3.5-4.4 之間，與普通的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，具有更高的穩(wěn)定性。

三、地源熱泵結(jié)構(gòu)形式

土壤源熱泵系統(tǒng)是一種領(lǐng)先的空調(diào)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)水源熱泵系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，并且還能節(jié)省相當(dāng)可觀的運(yùn)行費(fèi)用。土壤源熱泵系統(tǒng)解決了地下水源熱泵系統(tǒng)的地下水回灌問題（因?yàn)楸旧聿⒉怀槿〉叵滤Y源），避免了地下水資源對(duì)熱泵機(jī)組使用的影響和地下水被污染的可能性。土壤源熱泵系統(tǒng)占地空間小，并且系統(tǒng)的安裝和使用不會(huì)改變建筑的外觀和結(jié)構(gòu)。

土壤源熱泵系統(tǒng)是通過導(dǎo)熱介質(zhì)溶液在埋入地下的循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與大地之間的熱交換的。地耦管土壤源熱泵系統(tǒng)是一個(gè)密閉的閉路循環(huán)系統(tǒng)，它保持了地下水水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)。地耦管土壤源熱泵系統(tǒng)從根本上解決了地下水水源熱泵的種種弊端，是一種真正可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能的新技術(shù)，而且還具有適用范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能和環(huán)保效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。

土壤源熱泵系統(tǒng)中的土壤換熱器埋管方式可分為：

1.水平式土壤換熱器水平式水平式土壤換熱土壤換熱水平地埋管普遍使用在單相運(yùn)行狀態(tài)的空調(diào)系統(tǒng)中，一般的設(shè)計(jì)埋管深度2～米之間，在只用于采暖時(shí)，土壤在整個(gè)冬天處于放熱狀態(tài)，溝的深度一定要深，管間距要大。

2.垂直U型式土壤換熱器垂直U型式土壤換熱器是鉆孔將U型管深埋在地下，因此與水平土壤換熱器 的比較具有使用地面面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

3.垂直套管式土壤換熱器 換熱器有內(nèi)套管和外套管的閉路循環(huán)系統(tǒng)，水從外套管的上部流入管內(nèi)，循環(huán) 時(shí)，水沿外套管自上至下的流動(dòng)，從外套管的底部經(jīng)內(nèi)套管上流到頂部出套管。 套管式土壤換熱器適合在地下巖石深度較淺，鉆深孔困難的地表層使用。通過豎 埋單管試驗(yàn)，套管式換熱器較U型管效率高20～25%。豎埋套管式孔距在3～5m， 孔徑在150～200mm，外套管直徑Ф63～Ф90～Ф120mm，內(nèi)套管直Ф25～Ф32mm。

地源熱泵主機(jī)與節(jié)能空調(diào)機(jī)房的完美配合給整個(gè)暖通系統(tǒng)的供熱采暖提供整套的解決方案。節(jié)能空調(diào)機(jī)房和地源熱泵配套使用，其節(jié)能空調(diào)機(jī)房可為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)提供動(dòng)力，它的內(nèi)部主要構(gòu)造有兩個(gè)泵，一個(gè)為水源側(cè)的泵，一個(gè)用戶側(cè)的泵。其水源側(cè)的泵是給地源熱泵的地埋側(cè)輸送循環(huán)水，而用戶側(cè)的泵就是為室內(nèi)末端設(shè)備輸送循環(huán)水，從而達(dá)到制冷制熱的目的。在室內(nèi)末端輸送時(shí)，采用水力平衡分配 器大大減少漏水隱患，末端冷熱效果均衡。在地源熱泵使用的同時(shí)，還可以回收制冷工作過程放出的熱量，用來制取生活用水。在這一整套系統(tǒng)中，地源熱泵主機(jī)與節(jié)能空調(diào)機(jī)房、水力平衡分配器，多功能水箱有機(jī)地結(jié)合在一起，為暖通空調(diào)和供熱采暖提供一整套解決方案。

四、使用地源熱泵系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

1.要研究和收集各地區(qū)的土壤熱物性的相關(guān)資料，作為地源熱泵設(shè)計(jì)的參考資料。

2. 要開發(fā)與熱泵空調(diào)系統(tǒng)相配套的系列管材、管路配件及熔接設(shè)備和技術(shù)來降低初投資； 研究專門的鉆井下管、封井設(shè)備和技術(shù)， 并用規(guī)范化來縮短施工周期， 從而降低施工費(fèi)用。

3.選擇適當(dāng)?shù)墓荛g距、系統(tǒng)間隔運(yùn)行、管群之間交叉運(yùn)行或增設(shè)輔助設(shè)備等措施均可緩解地溫的變化程度， 保證埋地?fù)Q熱器與周圍的土壤有足夠的傳熱溫差， 從而不影響土壤與系統(tǒng)的換熱過程。

4.對(duì)已竣工的地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行歸納、總結(jié)， 有利于形成一套成熟、可靠的 地源熱泵設(shè)計(jì)方法。

五、結(jié)語

總而言之，地源熱泵在很大程度上滿足了建筑自身的供暖需求，減少了其運(yùn)行中不必要的浪費(fèi)。但是，在實(shí)踐中仍要進(jìn)行不斷的完善和改進(jìn)，才能更好的發(fā)揮出其應(yīng)有的作用與價(jià)值，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。

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