太陽能+地源熱泵暖通空調(diào)新技術(shù)探討

余根 楊會亮 胡宗滔 范賀鵬 李鵬

摘 ?要：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行的過程中會存在地熱換熱器所吸收熱量和所釋放熱量不均衡的問題。比如，北方的冬季比較寒冷，使用地熱換熱器的時候，通常設(shè)備從大地中多提取的熱量要更多一些，而夏季將熱量釋放到大地中則相對比較少。南方的情況則正好與北方反之。地下溫度場不是恒定的，而是不斷地變化的，地源熱泵系統(tǒng)所具備的性能會因此下降。對于這種冷熱不均衡的問題，通過運行復合低溫源地源熱泵系統(tǒng)就可以有效解決。該系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛關(guān)注，要對這項技術(shù)有效應(yīng)用，更好地發(fā)揮其作用，同時確保系統(tǒng)的有效性，就需要對該系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)深入研究。本論文著重于研究太陽能+地源熱泵暖通空調(diào)新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：太陽能;地源熱泵;暖通空調(diào);新技術(shù)

引言：

現(xiàn)在人們都意識到能源大量消耗以及環(huán)境污染所帶來的不良后果，因此普遍環(huán)保意識比較強，而且還樹立了節(jié)能意識，希望生活簡單健康，并能夠提高生活質(zhì)量[1]。中國走低碳環(huán)保發(fā)展道路，并在全社會范圍內(nèi)大力宣傳，讓人們覺到人類所依賴于地球生存，如果地球的資源枯竭了，人類的就無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這就需要減少不可再生資源的開發(fā)，積極探索和開發(fā)可再生能源。暖通空調(diào)技術(shù)就是在這樣的節(jié)能環(huán)保環(huán)境中應(yīng)運而生的，通過強化新技術(shù)的研究，投入到應(yīng)用領(lǐng)域當中，讓人們真正意義地過上低碳生活，用綠色環(huán)保理念指導自己的衣食住行。暖通空調(diào)技術(shù)開發(fā)的路徑不斷擴展，對于新技術(shù)的應(yīng)用模式也實現(xiàn)了創(chuàng)新，在應(yīng)用太陽能技術(shù)的同時，結(jié)合使用地源熱泵，彌補了傳統(tǒng)暖通空調(diào)所存在的不足，資源消耗大幅度降低，綠色環(huán)保節(jié)能的思想充分體現(xiàn)出來[2]。本文研究太陽能結(jié)合使用地源熱泵暖通空調(diào)創(chuàng)新技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，對于太陽能和地源熱泵的概念性內(nèi)容予以闡述，指出系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新性以及所具備的特點，提出空調(diào)設(shè)計要點。

一、太陽能+地源熱泵的基本介紹

（一）太陽能的基本介紹

太陽能是太陽所釋放的熱輻射能，表現(xiàn)為太陽對光線。太陽向地球輻射的能量非常大，有巨大的應(yīng)用潛力。平均每年地球所使用的太陽能還不足1%，可見，太陽能源源不斷地供給，人類就可以持續(xù)使用。太陽能是可再生能源，也是清潔能源，暖通空調(diào)的設(shè)計中應(yīng)用太陽能，使得太陽能為熱水器提供能源[3]。在人類使用的能源中，太陽能是主要的部分，如果沒有太陽能，人類就很難生存下去，所以，在暖通空調(diào)設(shè)計中將太陽能充分利用起來是非常必要的，通過光熱轉(zhuǎn)換，發(fā)揮其熱效應(yīng)，更好地為人類服務(wù)。

（二）地源熱泵的基本介紹

地源熱泵本身是廣義的概念，涵蓋土壤中的熱源、地下水中的熱源和地表水中的熱源，這些熱源構(gòu)成一個系統(tǒng)，采用技術(shù)手段充分利用，實現(xiàn)價值的最大化。地源熱泵運行的過程中，通過運行機械蒸汽壓縮—制冷系統(tǒng)就可以推進熱源的循環(huán)運行，滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。地源熱泵系統(tǒng)運行的過程中，可以從地表層排出熱量，也可以從地表層吸收熱量，排出和吸收的熱量值，是由地表層內(nèi)部和外部的溫度差所決定的，由此可以起到節(jié)省能源的效果。地源熱泵系統(tǒng)是智能化操作的，不需要人為控制就能夠自動運行，而且對于熱量智能識別，操作上自動轉(zhuǎn)換。從地源熱泵的構(gòu)成上來看，主要包括四種系統(tǒng)：第一種系統(tǒng)是地表水地源熱泵系統(tǒng);第二種系統(tǒng)是水平地埋管土壤地源熱泵系統(tǒng);第三種系統(tǒng)是地下水地源熱泵系統(tǒng);第四種系統(tǒng)是垂直地埋管土壤地源熱泵系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)都有各自的作用，但是熱泵在運行的過程中則互相之間產(chǎn)生影響，通過互相作用發(fā)揮熱泵的價值[4]。

二、太陽能+地源熱泵的設(shè)計要點

基于太陽能和地源熱泵的基本介紹，明確當前應(yīng)用該熱泵系統(tǒng)，可以避免資源浪費，而且不會對環(huán)境造成污染，可以起到節(jié)能、環(huán)保的效果。所以，對于該種熱泵的設(shè)計需要進一步強化，更好地發(fā)揮空氣調(diào)節(jié)作用。

（一）太陽能+地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成

從太陽能+地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成上來看，主要包括蓄熱水箱、太陽能集熱器、熱泵機組和地熱換熱器，除此之外，還包括各種附屬設(shè)備。在熱泵系統(tǒng)的終端是地板輻射空調(diào)系統(tǒng)，當熱泵運行的過程中，就要將熱能傳輸給空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)釋放能量，調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度[5]。（圖1：太陽能+地源熱泵系統(tǒng)的運行原理）

圖1中， a表示蓄熱水箱;

b表示太陽能集熱器;

c表示系統(tǒng)分水器;

d表示系統(tǒng)集水器;

A表示熱泵機組;

B表示太陽能集熱系統(tǒng);

C表示地源熱泵系統(tǒng);

D表示地板輻射空調(diào)系統(tǒng);

g表示地板系統(tǒng)分水器;

f表示地板系統(tǒng)集水器

h表示室內(nèi)地板盤管;

en表示地熱換熱器;

p1， p2， p3表示循環(huán)水系統(tǒng)（中水系統(tǒng)）。

（二）下水系統(tǒng)設(shè)計

當?shù)叵滤牧砍渥悖宜|(zhì)沒有受到污染，就可以進行開采，這需要當?shù)氐挠嘘P(guān)部門按照規(guī)定允許開采，就可以設(shè)計該系統(tǒng)了。在設(shè)計之前要做好現(xiàn)場勘察工作，根據(jù)勘察的結(jié)果設(shè)計熱泵系統(tǒng)。設(shè)計的過程中需要遵循如下的原則：

其一，對于水井流量所提出的要求是所獲得的熱量最大值和釋放熱量的最大值都要通過計算加以確定[6]。

其二，地下水系統(tǒng)所使用的熱交換器要使用304號不銹鋼作為主要的材料，實現(xiàn)水井水與建筑物循環(huán)水之間的熱交換。

其三，熱泵要設(shè)計為一個開放系統(tǒng)。為了避免能耗大，為低層結(jié)構(gòu)建筑供熱是比較好的。

（三）地表水系統(tǒng)的設(shè)計

如果有地表水可以用用可以有地下水可以開發(fā)利用，就可以使用這種熱泵系統(tǒng)。在設(shè)計的時候需要遵循如下的原則。

其一，在開發(fā)商業(yè)建筑和公用建筑的時候，都需要面對排水問題，需要設(shè)計“反射”池是非常必要的，這樣就會有大量的水產(chǎn)生[7]。

其二，如果不收建筑高度局限，之喲啊水的表面積適應(yīng)水的深度和熱負荷就可以采用這種熱泵。

三、系統(tǒng)蓄能的因素

系統(tǒng)蓄能的因素比較多，這是由于管道逐漸的距離增大了，鉆孔壁溫度也會有所增加;隨著鉆孔深度的增加，鉆孔壁的溫度也會有所增加。

其一，由于管道逐漸的距離增大了，鉆孔壁溫度有所增加，是因為埋管之間的距離對有效蓄能體產(chǎn)生的總熱容量起到了決定性的作用，隨著管道之間的距離增大，對于蓄冷是非常有利的，但是管道之間的距離增大了，系統(tǒng)的冷量傳遞過程中所產(chǎn)生的損失也會增加，同時也增加了墊層冷量的損失。所以，在設(shè)計中選擇間距比較小的埋管，對于提高系統(tǒng)蓄能效率非常有利。

其二，隨著鉆孔深度的增加，鉆孔壁的溫度也會有所增加，當鉆孔壁的溫度已經(jīng)達到12攝氏度的時候，鉆孔壁的溫度即為3.9攝氏度，當鉆孔達到80米的深度的時候，鉆孔壁溫度則是1.1攝氏度。鉆孔深度增加了，鉆孔壁的溫度也會相應(yīng)地增加，由此獲得良好的蓄能效果。所以，鉆孔深度決定了地源熱泵的效率。如果單井的井深很大的時候，增加深度，土壤溫度也會相應(yīng)地增加，從而增加了埋管與土壤的換熱能力，當然，這項操作會增加工程資金投入[8]。如果鉆孔不是很度，埋管與土壤的換熱不能有效實施，而且埋管占很大的面積較大，進出口水的溫度不會產(chǎn)生很大的變化，系統(tǒng)所發(fā)揮的作用就會受到局限。所以，鉆孔深度要合理。

結(jié)束語：

通過上面的研究可以明確，中國倡導綠色環(huán)保、節(jié)能減排，鑒于傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計能源消耗量大，就需要在技術(shù)上予以創(chuàng)新，太陽能+地源熱泵的設(shè)計中，應(yīng)用了太陽能和地源，這些都是可再生能源，可以避免大量再生能源的消耗，使得實現(xiàn)熱源的充分利用，特別是太陽能的利用實現(xiàn)了最大化。在對這種暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中，用于冬季采暖的時候，要從實際出發(fā)控制供水溫度，對設(shè)備所具備的供熱能力予以校核。應(yīng)用地下水的時候要使用要保證管路的封閉狀態(tài)良好，避免產(chǎn)生滲漏造成污染。另外，還需要了對熱泵采取必要的防凍措施，保證暖通空調(diào)節(jié)能環(huán)保的同時，其功能得以充分發(fā)揮。

參考文獻：

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作者介紹：

余根（1988.01.30）男，漢族，安徽六安人，碩士學歷，工程師，單位：合肥美的暖通設(shè)備有限公司。