地源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用探究

陳嘉亮

摘要：工業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量的水平提升，導(dǎo)致全球性的能源危機(jī)加重，我國是人口大國，盡管地大物博但是人均資源很少，為了可持續(xù)發(fā)展，為了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，開始將節(jié)能環(huán)保視為發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)，地緣熱泵是一種可再生能源，逐漸在暖通空調(diào)的應(yīng)用中被廣泛的推廣。本文首先對暖通空調(diào)的發(fā)展簡要概述;其次，對地緣熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行綜合分析;最后，本文針對地緣熱泵在暖通空調(diào)中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入的探析。

關(guān)鍵詞：地緣熱泵;暖通空調(diào);優(yōu)化應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化社會(huì)的不斷完善，經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展為能源的消耗帶來巨大的負(fù)擔(dān)，節(jié)能減排任務(wù)一直是發(fā)展的重要課題。暖通空調(diào)是建筑工程中的重要組成部分，在暖通空調(diào)的發(fā)展與節(jié)能上，根據(jù)實(shí)用性的需求，以及對節(jié)能減排任務(wù)的發(fā)展之中，由于地緣熱泵的節(jié)能優(yōu)勢被廣泛的投入使用，地緣熱泵是運(yùn)用土地儲(chǔ)存能量的特性來進(jìn)行應(yīng)用于創(chuàng)新，技術(shù)還沒有達(dá)到成熟的高度，與暖通空調(diào)的結(jié)合發(fā)展也在持續(xù)的進(jìn)行中。本文針對地源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的探究與分析。

1暖通空調(diào)的發(fā)展原則與特點(diǎn)

暖通空調(diào)（簡稱HVAC）是集采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)為一體的空調(diào)設(shè)備，暖通空調(diào)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要應(yīng)用到熱力學(xué)、流體力學(xué)以及流體機(jī)械等多項(xiàng)機(jī)械工程學(xué)科，是屬于機(jī)械工程領(lǐng)域的重要一部分。暖通空調(diào)的發(fā)展與應(yīng)用為人們的生產(chǎn)生活提供極大的便利性，暖通空調(diào)的發(fā)展原則與特點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)。

1.1實(shí)用性

建筑工程的實(shí)用性涉及到人類生產(chǎn)生活的方方面面，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)主要是為了提升應(yīng)用的便捷性，實(shí)用性原則是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的最主要特點(diǎn)，在建設(shè)的過程中將采暖設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備與空氣調(diào)節(jié)榮威一體化發(fā)展，可以充分的發(fā)揮機(jī)械工程的智能化程度。在實(shí)用性的基礎(chǔ)上還需要重視空調(diào)設(shè)備的安全系數(shù)，在安裝的環(huán)境進(jìn)行安全性的檢測也是必不可少的。

1.2經(jīng)濟(jì)性

在暖通空調(diào)的發(fā)展過程中，優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)型是暖通空調(diào)可以被推廣使用的最大特點(diǎn)，在高效舒適的前提下又具有經(jīng)濟(jì)節(jié)約的功能，促使暖通空調(diào)迅速推廣到市場之中。針對暖通空調(diào)的經(jīng)濟(jì)性來說不光是指暖通空調(diào)在設(shè)備上的價(jià)格經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，與此同時(shí)，暖通空調(diào)在使用上的用電經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢也很重要，長期的使用下用電低廉是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

1.3環(huán)保性

在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，對于環(huán)保性的保證是需要進(jìn)行優(yōu)先考慮的，將先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)，應(yīng)用到暖風(fēng)空調(diào)的建造之中，雖然這一部分可能需要加大對于研發(fā)成本的投入，但是，在此基礎(chǔ)上的暖風(fēng)空調(diào)發(fā)展的長期收益是不可估量的，節(jié)能環(huán)保逐漸發(fā)展成為時(shí)代的重要課題，是未來的機(jī)械工程發(fā)展趨勢。

2地源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用優(yōu)勢

地源熱泵是陸地淺層能源通過少量的其他能源進(jìn)行激發(fā)，產(chǎn)生可以投入使用的高效能源，一般來說1kwh的能源投入可以獲得4.4kwh的能源輸出，這一項(xiàng)技術(shù)從瑞士開始投入使用，逐漸被各國廣泛應(yīng)用。地源熱泵在暖通空調(diào)的使用中有著重要的發(fā)展優(yōu)勢，主要有以下三點(diǎn)。

2.1安全保障

在進(jìn)行暖通空調(diào)的傳統(tǒng)使用過程中，需要更多的傳統(tǒng)資源投入，例如供熱鍋爐、熱水供應(yīng)與各種其他裝置的投入使用，在使用上有很大的不穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生安全隱患，但是地源熱泵的投入使用更加的靈活，可以減少對于空間的應(yīng)用，同時(shí)減少對于傳統(tǒng)能源的應(yīng)用。

2.2成本低廉

由于地源熱泵的激發(fā)特點(diǎn)，可以充分的將能源進(jìn)行開發(fā)再利用，節(jié)約很多的傳統(tǒng)能源，并且觸發(fā)裝置的運(yùn)行成本較為低廉，檢修方便，高效節(jié)能，使用的年限相對于傳統(tǒng)的能源供應(yīng)裝置也較長，將地源熱泵投入到暖通空調(diào)的使用中，可以實(shí)現(xiàn)更高程度的智能化，只需要花費(fèi)很少的成本，是科技進(jìn)步的標(biāo)志。

2.3環(huán)保高效

在地緣熱泵的應(yīng)用創(chuàng)新中，可以降低暖通空調(diào)對于不可再生資源的浪費(fèi)，地表能源屬于可再生資源，尤其是在熱帶以及寒帶地區(qū)，可以產(chǎn)生大量的能源，并投入到使用之中，對于這兩個(gè)地區(qū)暖通空調(diào)的投入使用也是不可缺少的，兩者相結(jié)合發(fā)展，可以為當(dāng)?shù)販p少不可再生資源的投入，減輕我國的資源短缺問題。地源熱泵對暖通空調(diào)的投入應(yīng)用還可以提升空調(diào)的工作效率，減輕機(jī)械的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，促進(jìn)我國的機(jī)械工程發(fā)展，提升人們生活的舒適程度與便捷程度。

3地源熱泵在暖通空調(diào)中的具體應(yīng)用探析

3.1地源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用形式

根據(jù)地源熱泵的主要能源產(chǎn)生形式的不同，對于暖通空調(diào)的應(yīng)用形式也有所不同，首先是土壤源的能源供應(yīng)，埋管式的土壤資源可以使用水源作為主要的觸發(fā)裝置，埋管的方式主要有水平和垂直兩種，根據(jù)土壤的特點(diǎn)來進(jìn)行埋管方式的選擇，這種形式是通過土壤內(nèi)部的管道建設(shè)與地源熱泵之間的能源機(jī)組產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)效果，來進(jìn)行能源的供給，土壤源的地源熱泵方式也是最為普遍的一種地源熱泵暖通空調(diào)運(yùn)行方式;其次，地下水能源作為地源熱泵為暖通空調(diào)供應(yīng)能源的方式之一，這一形式的應(yīng)用需要將地下水進(jìn)行抽取，得到能源后在將地下水輸送回去，形成地下水的循環(huán)利用，但是這一方式的應(yīng)用需要得到當(dāng)?shù)氐墓芾聿块T許可，必須要將地下水輸送回地下是這一方案的應(yīng)用重點(diǎn);最后使污水源熱泵的應(yīng)用形式，利用工業(yè)廢水與城市污水來進(jìn)行能源的提取，以此為用戶提供需要的能源，可以將污水進(jìn)行再利用，不依靠地理環(huán)境的優(yōu)劣勢進(jìn)行能源的應(yīng)用，但是在應(yīng)用的過程中一定要重視對于污水的處理問題。

3.2暖通空調(diào)對于地源熱泵的方案選擇

暖通空調(diào)對于地源熱泵的方案選擇中，主要有兩種方案可以選擇，一種是地埋管轉(zhuǎn)換器，在建筑工程的建設(shè)過程中，進(jìn)行實(shí)地的考察與測量，通過科學(xué)的計(jì)算手段，來提升埋管的數(shù)據(jù)分析，在進(jìn)行地埋管的應(yīng)用過程中需要將鉆孔數(shù)、地埋管能量數(shù)據(jù)、單位鉆孔深度的熱量轉(zhuǎn)換以及鉆孔的深度進(jìn)行綜合的分析，得出合適的埋管位置。另一種方案就是熱回收衛(wèi)生水系統(tǒng)，這是一種新投入使用的空調(diào)方案，主要是通過對熱回收系統(tǒng)對熱水進(jìn)行預(yù)熱加入，并且提升對于加熱過程中產(chǎn)生的能量進(jìn)行充分利用，在熱回收系統(tǒng)中可以應(yīng)用到地?zé)岬难a(bǔ)償系統(tǒng)中，將廢熱輸送到地?zé)嵯到y(tǒng)之中，形成資源的消耗平衡。

3.3地埋管與熱泵機(jī)和冷卻塔的結(jié)合應(yīng)用

地源熱泵在暖通空調(diào)的應(yīng)用過程中，對于地埋管與熱泵機(jī)的應(yīng)用是最常見的機(jī)械組合形式，這也是應(yīng)用狀態(tài)中較為簡單的組合形式。地埋管、熱泵機(jī)與冷卻塔相結(jié)合發(fā)展，將夏季過熱的能源直接輸送到冷卻塔，將能源進(jìn)行冷卻，在之后可以投入使用，可以增強(qiáng)資源的循環(huán)效率，減少能源的流失狀況。通過與冷卻塔的結(jié)合，可以充分的將能源進(jìn)行發(fā)揮，不光是在夏季，北方的秋季將風(fēng)能進(jìn)行積極的轉(zhuǎn)換，以此運(yùn)用守恒的原則，將能量投入使用，這是科技上的一大創(chuàng)新，在逐漸推廣使用過程中。

4實(shí)際應(yīng)用案例

在本公司設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，有多個(gè)采用地源熱泵作為冷熱源的住宅項(xiàng)目，比如杭州熙華府項(xiàng)目，本案地處浙江省杭州市，小區(qū)總建筑面積約為14.2萬平方米，住宅面積8：8萬平方米。小區(qū)內(nèi)最高樓層為18層，小區(qū)內(nèi)采用生活熱水的用戶為696戶。本地源熱泵工程為住宅建筑提供空調(diào)冷熱源及生活熱水熱源。

本工程末端為”天棚輻射+置換新風(fēng)”系統(tǒng)，4臺(tái)地源熱泵機(jī)組由土壤提供冷熱源，2臺(tái)螺桿冷水機(jī)組由冷卻塔提供冷源。新風(fēng)系統(tǒng)夏季由熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組聯(lián)合提供7℃/12℃的冷凍水，冬季則單獨(dú)由熱泵機(jī)組提供45℃/40℃的熱水。天棚輻射系統(tǒng)夏季由熱泵機(jī)組提供15℃/20℃的冷凍水，通過混水換為18℃/20℃的冷凍水;冬季則由熱泵機(jī)組提供25℃/30℃的熱水，通過混水換為26℃/28℃的熱水。不同季節(jié)運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換靠閥門的切換實(shí)現(xiàn)。2臺(tái)開式冷卻塔則完全根據(jù)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行情況及地下溫度監(jiān)測情況實(shí)時(shí)開啟，即在夏季運(yùn)行時(shí)為地埋管系統(tǒng)放熱提供補(bǔ)充，以保證地下熱場平衡，避免冷熱堆積。機(jī)房內(nèi)另設(shè)2臺(tái)高溫?zé)岜弥迫?0℃生活熱水。

本項(xiàng)目地源系統(tǒng)流程圖見圖1。

本項(xiàng)目地埋井?dāng)?shù)量為1339口，地埋孔深度95米，地埋管采用SDR11系列φ32×2.9mmHDPE管單U連接，承壓1.6MPa。所有地下埋管換熱器環(huán)路的水平管根據(jù)不同阻力接至窗井內(nèi)不同的分集水器，以滿足地源熱泵機(jī)組冷熱負(fù)荷。

5結(jié)束語

綜上所述，地源熱泵在暖通空調(diào)中的應(yīng)用形式是有巨大潛力的，需要將地源熱泵的特點(diǎn)充分的發(fā)揮出來，在實(shí)際的工作中與暖通空調(diào)的發(fā)展相結(jié)合，兩者相互促進(jìn)，共同促進(jìn)建筑行業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)。地源熱泵的不斷創(chuàng)新發(fā)展，還可以逐漸與各行各業(yè)形成通力合作，進(jìn)一步促進(jìn)我國的節(jié)能減排任務(wù)的完善，為了打造生態(tài)強(qiáng)國貢獻(xiàn)出一份力量，在現(xiàn)代化社會(huì)不斷發(fā)展的今天，能把握住節(jié)能、環(huán)保的國家才能在國際市場中大刀闊斧的進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。