地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟(jì)性分析

朱何生

【摘要】在本文之中，首先對地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的原理進(jìn)行了分析，同時對地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與其他空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了對比，詳細(xì)論述了地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的施工工藝流程，并對地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行了全面的分析，從而使相應(yīng)的設(shè)計人員能夠明確系統(tǒng)設(shè)計的要點所在，推動地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的全面應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】地源熱泵;中央空調(diào)系統(tǒng);設(shè)計;經(jīng)濟(jì)性

1、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的概要

由于大地土壤的溫度較為穩(wěn)定，能夠作為提供熱能的源泉，而地源熱泵技術(shù)也就是利用土壤與地面環(huán)境之中存在的溫度差值，完成地面與地下的能量轉(zhuǎn)換，從而使地面環(huán)境的熱量得到全面提升，滿足地面環(huán)境對于熱能的實際需求。而地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，往往是采用熱泵交換技術(shù)，通過換熱系統(tǒng)將地下的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過傳熱介質(zhì)使熱能在相應(yīng)的管道之中進(jìn)行循環(huán)流動，從而完成大地土壤的冷熱交換。在夏季，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)⑦^多的熱量轉(zhuǎn)移到地下之中，從而對房間之內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)整和控制，而在冬季能夠?qū)崃繌耐寥乐修D(zhuǎn)移到房間之內(nèi)，對房間進(jìn)行供暖，從而滿足用戶對于熱量的需求[1]。

2、地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與其他空調(diào)系統(tǒng)的對比

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，有著高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和節(jié)能的優(yōu)點，同時操控手段簡單，有著良好的安全性能。傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)往往是空氣源熱泵加上輔助電加熱以及熱水冷水機(jī)組加上鍋爐兩種形式。在這之中，空氣源熱泵的風(fēng)冷機(jī)組和冷水機(jī)組都是完成房間熱量和室外熱量交換的過程，往往受到室外氣候溫度條件的影響，導(dǎo)致制冷量或者制熱量難以滿足用戶的實際要求。在這種情況下，傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力較為不穩(wěn)定，同時效率較低，而在制熱過程之中，空氣源熱泵在室外溫度降低到零度之下時，必須增加輔助電熱設(shè)備，否則機(jī)組無法正常啟動，在這種情況之下，空氣源熱泵的耗電量會大幅度增加，同時制熱的效率也無法得到有效保障。而熱水冷水機(jī)組加上鍋爐的空調(diào)形式，在供熱時需要用鍋爐或者燃?xì)鉅t進(jìn)行輔助，往往會對周邊環(huán)境造成一定的不良影響，其運(yùn)行費(fèi)用也較為高昂，操作工藝也有著一定的復(fù)雜性，整個體系之中還存在著一定的安全隱患。而地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)較為成熟，工藝較為優(yōu)化，系統(tǒng)操作方式較為簡單，同時在整個過程之中，只存在著房間和地下土壤熱量交換的流程，不會受到室外空氣溫度的影響，不存在著安全風(fēng)險和對周邊環(huán)境造成污染的可能性[2]。還有一種是地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的工作原理是通過潛水泵機(jī)組將地下的水循環(huán)通過板式換熱，進(jìn)行換熱之后返回到地下，從而滿足供熱及制冷需求。地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)直接采用地下水，而地埋管熱泵空調(diào)系統(tǒng)則是利用在埋在地下管網(wǎng)中循環(huán)的熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，不會造成地下水的流失。地下水源空調(diào)系統(tǒng)需要將地下水抽出并利用，在利用之后回灌到地下水層之中，在這個過程之中往往會造成地下水資源的損失。而在當(dāng)前情況之下，我國對于地下水的相應(yīng)規(guī)定和立法也逐漸嚴(yán)格，有些地方已經(jīng)開始對使用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的單位，收取水資源費(fèi)，導(dǎo)致地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用也會受到限制。

3、施工工藝流程分析

地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的施工包括地下埋管、打井施工過程以及地源熱泵機(jī)組和其他設(shè)備的安裝過程。當(dāng)前應(yīng)用在地緣熱泵地下埋管施工有兩種方式，包括水平埋管方式和垂直埋管方式，管路則可以采用串聯(lián)方式和并聯(lián)方式。在串聯(lián)方式之下，水平管井只存在著一個流通通路，而在并聯(lián)方式之下，一個水平管井相對應(yīng)了一個流通通路，而整個井則有數(shù)個流通通路。在實際的施工之中，往往采用的是串聯(lián)方式。同程和異程系統(tǒng)是地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)之中常用的兩種系統(tǒng)。在實際工程建設(shè)之中，往往采用的是同程系統(tǒng)，而水平埋管則是在地溝之中埋管，地溝的深度一般在1米到2米之間，可以通過單層埋管或者多層買官的方式進(jìn)行埋管，垂直埋管則是在地下通過鉆機(jī)成孔，在成孔的觀眾進(jìn)行灌漿和回填，實際施工之中往往采用的是U形管、套管或者單管。水平埋管的形式施工較為簡單，初期投資較低，然而在地表溫度的影響之下，熱交換的效率也會下降，垂直埋管往往是由鉆機(jī)成孔，由于孔道的過深，往往會導(dǎo)致施工難度提升，然而這種方式的熱交換率較高，能夠滿足大多數(shù)用戶的基本需求，因此得到了廣泛應(yīng)用[3]。

4、經(jīng)濟(jì)性分析

在分析地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)該從地下埋管或打井系統(tǒng)綜合考慮，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時，要對設(shè)備投資的費(fèi)用進(jìn)行測算，設(shè)備投資費(fèi)用包括設(shè)備購置費(fèi)用與安裝工程的費(fèi)用，在造價測算時還要考慮設(shè)當(dāng)?shù)卣畬τ谒Y源使用的有關(guān)政策要求。通過測算某工程實際使用的地源熱泵中央空調(diào)供熱系統(tǒng)中，我們得到在消耗1KW電量的情況下，用戶往往可以獲取4KW到5KW的熱量，與鍋爐供熱系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)要比電鍋爐節(jié)省三分之二的電能，而比燃煤和燃油的鍋爐能節(jié)省二分之一的電能，地下土壤的溫度較為穩(wěn)定，因此機(jī)組的運(yùn)行情況也較為穩(wěn)定，無論是制冷還是制熱都能使系統(tǒng)保持在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之下，制冷和制熱的性能往往比傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)高出40%以上[4]。

結(jié)語：

綜上所述，地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計有著操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，安全性較高，工作效率有所保障等多種應(yīng)用優(yōu)勢，而從經(jīng)濟(jì)性的角度來看，其設(shè)備投資比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)投資要低，獲取能量的效率較高，制冷和制熱的性能超出傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的40%以上，因此地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的未來將會得到更加深入的應(yīng)用，為用戶帶來更加良好的使用體驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃磊.地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計的思考[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018，000（006）：P.130-130.

[2]李祥.地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計的思考[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（3）：151-153.

[3]史先斌.淺析地源熱泵中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)[J].低碳世界，2018，（8）：216-217.

[4]李順利.地源熱泵中央空調(diào)運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，（20）：5746-5747.