地源熱泵中央空調(diào)的多種設(shè)計(jì)方案及其特性分析

郭延廣

摘 要 通過(guò)對(duì)地埋管的地源熱泵中央空調(diào)的了解與研究，在其冬、夏季運(yùn)行期間，對(duì)累積取熱量、地層的巖土體累積排熱量的多種平衡情況和我們國(guó)家的不同地域所對(duì)應(yīng)的不同的氣候情況，我們提出了以下幾種不同的設(shè)計(jì)計(jì)劃，而且針對(duì)各種情況進(jìn)行逐一討論，從而論證了它們各自擁有的特性和其適用情況。

關(guān)鍵詞 地埋管換熱器；空調(diào)系統(tǒng)；地源熱泵

中圖分類(lèi)號(hào) TU8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0021-02

地源熱泵中央空調(diào)的技術(shù)能夠適應(yīng)現(xiàn)在中國(guó)正熱的節(jié)能與減排的重要國(guó)策，而且，它能在儲(chǔ)存熱量的同時(shí)妥善處理好淺層土壤里的能量。這種方法可以做到更好的供暖，而且在夏季的空調(diào)和冬季的供熱方面的費(fèi)用就大大降低了。因此種較好的特性，使得該種技術(shù)受到國(guó)人廣泛的關(guān)注，引起國(guó)人濃厚的興趣。眾所周知，地源熱泵工程擁有多種形式，相應(yīng)地，在地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵、地下水地源熱泵等多種不同形式的地源熱泵工程里，地埋管地源熱泵的發(fā)展是最為迅速的，因此本文就詳細(xì)論述了這一點(diǎn)。

我國(guó)最大的特點(diǎn)就是有著廣闊的土地和豐富的地質(zhì)資源，因此，我國(guó)各個(gè)地區(qū)的氣候存在著不小的差異。所以，在地源熱泵的使用方面，應(yīng)該做到把不同地區(qū)區(qū)分開(kāi)來(lái)，然后仔細(xì)比對(duì)不同方案的區(qū)別，準(zhǔn)確判斷出不同的氣候地區(qū)應(yīng)該使用的地源熱泵方案。在當(dāng)下地源熱泵的行業(yè)中，對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)或是冬暖夏熱地區(qū)采用地埋管熱泵是否合理的觀點(diǎn)一直存在著一些問(wèn)題。

1 提出不同的方案，做到具體問(wèn)題具體分析

地源熱泵在我國(guó)國(guó)土南方與北方廣大寬闊的地方的發(fā)展與改革現(xiàn)在已經(jīng)漸漸的體現(xiàn)出來(lái)。小到建筑面積只有數(shù)百平方米的小型別墅，大到占地面積擁有數(shù)十萬(wàn)平方米的大型商業(yè)建筑，均有工程的實(shí)例出現(xiàn)。正是因?yàn)榈芈窆艿卦礋岜脫碛械奶攸c(diǎn)是眾多其它技術(shù)無(wú)可替代的，所以如果在同樣條件下地源熱泵所體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益和使用方面比其他的技術(shù)更多更好的時(shí)候，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)該是首先考慮的。當(dāng)下的很多知名建筑工程都運(yùn)用了這種技術(shù)，但是由于我國(guó)地域、氣候方面有所差異所以地埋管地源熱泵中央空調(diào)方面的設(shè)計(jì)就要全方面的考慮了。第一種方案：就是地埋管和普通的熱泵機(jī)組在搭配冷卻塔的組合；第二種是把普通的熱泵機(jī)組換成熱回收熱泵機(jī)組再搭配冷卻塔的組合；第三種方案是地埋管和雙冷凝器熱泵機(jī)組再搭配閉式冷卻塔的組合；最后一種方案是地埋管加上熱泵機(jī)組再搭配太陽(yáng)能的組合

方式。

2 各種方案的實(shí)際原理

《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》上面有明確的要求：應(yīng)提前計(jì)算好至少一年內(nèi)的動(dòng)態(tài)復(fù)核，在這一年時(shí)間中，地源熱泵的釋放與排放的熱量和提取淺層土的能量應(yīng)達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)。

1）地埋管地源熱泵系統(tǒng)的工作原理是將室內(nèi)多余部分的熱量通過(guò)地埋管排放到外界，這就使得室內(nèi)有一個(gè)舒適的適宜生活的環(huán)境。因?yàn)榈芈窆軗Q熱和室外地面的換熱之間通常是不穩(wěn)定的。所以散熱器是所有程序的中心。熱量從散熱器出發(fā)擴(kuò)散向四周，向土壤中的巖石或室外的空氣中散發(fā)。夏天時(shí)，地源熱泵運(yùn)行時(shí)排放出的熱量就會(huì)向換熱器周?chē)鷶U(kuò)散，在日積月累的情況下擴(kuò)散的速度就會(huì)減慢，那么隨之而來(lái)地埋管換熱器的實(shí)際作用就慢慢降低了。在冬天運(yùn)行時(shí)，土壤中的熱量會(huì)被散熱器收集起來(lái)，這也造成了換熱器作用的降低。如果說(shuō)每年的熱量排放量與提取量有很大的差異的話(huà)，隨著使用時(shí)間的增加，自然調(diào)節(jié)的能力就會(huì)大大減弱，到一定程度，地源熱泵系統(tǒng)也就發(fā)揮不出應(yīng)有的作用了。

同時(shí)，與制熱相對(duì)應(yīng)的，地源熱泵在制冷的方面，熱泵冷凝器的排熱量被熱泵系統(tǒng)傳送到地埋管換熱器里。也就是說(shuō)建筑與熱泵機(jī)同時(shí)在消耗能量，與此同時(shí)循環(huán)水泵排放到水中的熱量也在其中存在；供熱的時(shí)候就恰恰相反，這其中時(shí)間是決定溫度變化的最直接的

因素。

2）不同的設(shè)計(jì)方案的機(jī)理是基于巖土體的熱平衡狀況來(lái)說(shuō)的，換句話(huà)說(shuō)，它的決定條件是各個(gè)地區(qū)的氣候和空調(diào)房功能方面的差異和由運(yùn)行方式導(dǎo)致的排放熱量和吸收熱量存在的差異。很多人都希望巖土土地不達(dá)到熱平衡的狀態(tài)，因?yàn)榈芈窆軣岜玫呐欧艧崃亢臀諢崃康牟町愂呛苊黠@的，首先，是不希望原有的良好生態(tài)環(huán)境遭到破壞和損毀；第二個(gè)原因就是熱平衡改變情況如果很大，那么土壤內(nèi)巖石和泥土的溫度就會(huì)持續(xù)性的連續(xù)升高或者連續(xù)降低，這就導(dǎo)致整個(gè)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)遭到很大的影響，其中最大的影響就是地埋管換熱量的持續(xù)性衰減，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的使用。

3 列舉其中幾個(gè)方案的特點(diǎn)并分析

第一種方案的構(gòu)成特性并分析其特征：第一種方案適合用在一種特定的工程應(yīng)用上，這種應(yīng)用的特點(diǎn)是建筑物全年累計(jì)排放的熱量明顯大于累計(jì)吸收熱量。

第一種方案的構(gòu)成特點(diǎn)。第一種方案就是地埋管和普通的熱泵機(jī)組在搭配冷卻塔的組合，這種組合適用于從全年累計(jì)排熱量來(lái)看夏季大于冬季的建筑工程里，這種方案可以使系統(tǒng)排放的熱量和系統(tǒng)吸收的熱量達(dá)到基本平衡，可以把多余的一部分熱量排放到其他不影響整個(gè)系統(tǒng)的地方，使其不排放進(jìn)淺層土壤。使用冷卻塔的原因就是如此，冷卻塔可以更好的將熱量排放到大氣當(dāng)中。以此種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的建筑工程有很多。這個(gè)方案在實(shí)際的應(yīng)用上確實(shí)可以使土壤和建筑達(dá)到基本熱平衡，而且成本不高，適合投資，而且在地埋管放置的設(shè)計(jì)方面不需要很大的占地面積，已經(jīng)可以說(shuō)基本達(dá)到國(guó)家現(xiàn)在積極倡導(dǎo)的節(jié)能減排，降低污染的標(biāo)準(zhǔn)。

以下為黑龍江的工程實(shí)況：坐落于黑龍江省的一棟商業(yè)性性質(zhì)的辦公建筑，它的組成是3層商業(yè)樓和13層辦公樓，整個(gè)工程的總建筑的的面積是21 274m2。黑龍江地區(qū)的制冷季節(jié)大約是2、3個(gè)月，而供熱季為7個(gè)月左右。所以，該地區(qū)埋管地源熱泵中央空調(diào)工程，冬季的總排量約是夏季總散熱量的3倍左右。

第二種方案的構(gòu)成特點(diǎn)。第二種方案是把普通的熱泵機(jī)組換成熱回收熱泵機(jī)組再搭配冷卻塔的組合，在整個(gè)方案的實(shí)行過(guò)程中不需要太多的生活熱水，并且可以利用熱回收機(jī)組吸收并儲(chǔ)存起來(lái)的熱量來(lái)對(duì)自來(lái)水進(jìn)行加熱，使其達(dá)到生活用水的標(biāo)準(zhǔn)。而且在實(shí)際應(yīng)用上不能達(dá)到與外界的基本熱平衡的情況下，可以通過(guò)增加冷卻塔的方式，使冷卻塔能更好的向大氣排放多余的

熱量。

第三種方案的構(gòu)成特點(diǎn)。第三種方案是地埋管和雙冷凝器熱泵機(jī)組再搭配閉式冷卻塔的組合，假設(shè)它的熱泵機(jī)使用的是雙冷凝機(jī)組而不是標(biāo)準(zhǔn)的冷凝機(jī)組，并配備上閉式冷卻塔。那么就需要重新設(shè)計(jì)雙冷凝器機(jī)組，從而使其達(dá)到應(yīng)有的效果。

第四種方案的構(gòu)成特點(diǎn)。第四種方案是地埋管加上熱泵機(jī)組再搭配太陽(yáng)能的組合方式。這個(gè)組合最明顯的特點(diǎn)是在寒冷的冬季也可應(yīng)用太陽(yáng)能，這一方面補(bǔ)足了熱泵機(jī)組的不足，同時(shí)，在另一個(gè)方面，夏天空調(diào)系統(tǒng)使用的過(guò)程中也可以把太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱水通過(guò)合理的方式流入地埋管換熱器，這可以更好地控制散熱器的損耗問(wèn)題。這種方案最早在天津?qū)嵤┎⑷〉煤芎玫某尚?，同樣，我?guó)的西北、東北等太陽(yáng)能資源較為豐富的地區(qū)也可以實(shí)行這種方案，而且，其全年的日照時(shí)數(shù)可能會(huì)達(dá)到22 003 210小時(shí)。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，太陽(yáng)能可以成為為巖土體提供儲(chǔ)熱的方式之一。

最后，以上的方案要按照實(shí)際需要并結(jié)合各方面的因素合理的確定，不足之處還要根據(jù)實(shí)際情況加以

改良。

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