暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用研究

周麗娟　田宜安

摘要：目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，由于全球氣侯在不斷變暖，大氣污染嚴(yán)重，從而對(duì)人類的生存和生產(chǎn)有著不利的影響。因此，為了改變這種環(huán)境，設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)是非常重要的工作。本文分析了地源熱泵的特點(diǎn)，分析了暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，使暖通空調(diào)技術(shù)不斷得到改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：地源熱泵;暖通空調(diào)設(shè)計(jì);應(yīng)用價(jià)值

引言

近年來(lái)，隨著人們生活水平的日益提高和國(guó)家節(jié)能政策的執(zhí)行，綠色節(jié)能建筑已成為當(dāng)今公共建筑建設(shè)追求的主題。由于中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗在大型公共建筑運(yùn)行的能源消耗中占比較重（約占60%），而在整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)中空調(diào)主機(jī)的能耗占比最大。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)能耗的高低直接影響綠色建筑建設(shè)的成敗。中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)形式很多，目前應(yīng)用較多的主要有：風(fēng)冷熱泵機(jī)組、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、直燃機(jī)機(jī)組（溴化鋰機(jī)組）和水冷冷水機(jī)組（冰蓄冷系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)）等。

1地源熱泵技術(shù)概述

暖通工程系統(tǒng)建設(shè)中所應(yīng)用的地源熱泵技術(shù)是指自一系列低水平熱源材料（如地下水、地表水以及巖土體等在內(nèi)）中獲取能量，并在水源熱泵機(jī)組、建筑內(nèi)部系統(tǒng)以及地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)的作用下轉(zhuǎn)換為可供暖通空調(diào)系統(tǒng)所使用的一種能源提取與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。受能源交換方式特殊性的影響，當(dāng)前技術(shù)條件支持下的地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)可以按照地埋管式、地表水式以及地下水式等進(jìn)行劃分。機(jī)組系土壤源熱泵，地埋管結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的工藝流程技術(shù)。它起源于西方國(guó)家近年來(lái)引進(jìn)我國(guó)。它的設(shè)計(jì)理念是：高效、節(jié)能、環(huán)保、清潔。屬于高效節(jié)能大型設(shè)備，是世界行業(yè)內(nèi)的科學(xué)界所公認(rèn)的一款先進(jìn)設(shè)備，以后很有發(fā)展前途與潛力，能效比1：5，比常規(guī)傳統(tǒng)設(shè)備節(jié)能40%～60%，自動(dòng)化程度高，易于操作與管理。? 但無(wú)論其系統(tǒng)表現(xiàn)形式如何，在暖通工程系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中，地源熱泵技術(shù)均表現(xiàn)出了以下幾個(gè)方面的應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：（1）清潔性。在地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，借助于電能將地下熱量或者地表熱量轉(zhuǎn)換為暖通工程空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行所需的能源，并面向其提供能源支持。整個(gè)操作過(guò)程不涉及到能源燃燒或放熱的情形，因此不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大污染與不良影響。更加關(guān)鍵的一點(diǎn)是，在地源熱泵技術(shù)的干預(yù)下，省去了傳統(tǒng)意義上建筑暖通工程外部掛機(jī)的設(shè)置，因此這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間污染較小，具有良好的清潔性。（2）能效性。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展形成了一套較為完善的工作體系，作用于暖通空調(diào)系統(tǒng)工程中對(duì)提升其能源利用效率是非常關(guān)鍵的。尤其對(duì)于平均氣溫較低的冬季，應(yīng)用地源熱泵技術(shù)能夠使建筑室內(nèi)溫度維持在12～22℃的適宜區(qū)間范圍內(nèi)，供熱期間能源可循環(huán)使用，這對(duì)于促進(jìn)系統(tǒng)能效水平提升，控制能源損耗有重要意義。（3）經(jīng)濟(jì)性。首先，從供熱角度上來(lái)說(shuō)，地源熱泵技術(shù)供熱功能的實(shí)現(xiàn)需要在很大程度上依賴于電能的持續(xù)性供應(yīng)，因此能源消耗水平偏低，所投入經(jīng)濟(jì)成本較少，具有突出的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。除此以外，從暖通空調(diào)系統(tǒng)工程冷卻角度上來(lái)說(shuō)，相較于傳統(tǒng)意義上的空調(diào)冷卻系統(tǒng)，基于地源熱泵技術(shù)所產(chǎn)生的冷卻溫度明顯更低，制冷、供熱費(fèi)用較原系統(tǒng)下降30%。它的性能是既能制冷又能制熱，制取衛(wèi)生用水（洗澡水），它的作用涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技等領(lǐng)域，是其他同類產(chǎn)品無(wú)法比擬的。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上的冷量。（4）可靠性。在暖通空調(diào)工程系統(tǒng)應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的過(guò)程中，管控功能的實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)控制為依托，并面向操作人員提供遠(yuǎn)程監(jiān)控支持，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)整套地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行期間所存在的異常問(wèn)題，并及時(shí)解決，對(duì)保障系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，預(yù)防安全隱患產(chǎn)生意義重大。

2暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用研究

2.1大地耦合熱泵

在現(xiàn)代建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用地源熱泵是必要的。地?zé)岜迷趯?shí)際應(yīng)用中的具體分析如下。（1）土壤溫度變化對(duì)大地耦合熱泵系統(tǒng)影響不大。由于土壤是儲(chǔ)存熱量和熱量的材料，不受溫度和濕度的影響，可以作為熱源向地源熱泵傳遞熱量，為此，人們常把土壤耦合熱泵技術(shù)與太陽(yáng)能集熱器結(jié)合起來(lái)，在暖通系統(tǒng)中，土壤源熱泵可以有效地提高能源利用率，確保其高效運(yùn)行。（2）與其他地源熱泵相比，地源熱泵更環(huán)保，可以替代傳統(tǒng)的鍋爐和冷卻塔，保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境，降低能耗，減少環(huán)境污染。（3）土壤耦合熱泵運(yùn)行穩(wěn)定。無(wú)論是冬天還是夏天，這個(gè)系統(tǒng)裝置都埋在地下，對(duì)設(shè)備沒(méi)有影響。即使在北方寒冷的冬天，也不需要給設(shè)備除霜。

2.2減少施工設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)的誤差

在建筑工程項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)方案中，需要進(jìn)一步減少施工設(shè)計(jì)圖紙與施工現(xiàn)場(chǎng)存在的誤差。根據(jù)施工單位提供的施工現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員需要建立更加專業(yè)的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)模擬建造體系中的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行同步輸出，將其與施工單位的施工設(shè)計(jì)方案相結(jié)合，確保暖通系統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)的約束控制能力。為減少施工設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)存在的誤差，設(shè)計(jì)人員需要將關(guān)鍵的暖通系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)與其他建筑功能子系統(tǒng)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，并對(duì)暖通設(shè)計(jì)方案與圖紙之間的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。在減少施工設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)存在的誤差過(guò)程中，還需要將暖通系統(tǒng)的具體質(zhì)量控制措施與設(shè)計(jì)方案相結(jié)合，并保障暖通設(shè)計(jì)方案和建筑工程的整體設(shè)計(jì)理念保持一致性。在暖通設(shè)計(jì)方案中，需要將關(guān)鍵質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)與施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效連接。

2.3地源熱泵施工過(guò)程

一是開(kāi)展鉆孔施工工作。在鉆孔之前，工作人員要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)，并要結(jié)合其他專業(yè)知識(shí)與具體的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合研究。嚴(yán)格按照施工鉆孔平面圖的具體孔數(shù)、行距、面積等要求，保證鉆孔施工符合標(biāo)準(zhǔn)要求。二是按照施工平面圖的定位放線，依據(jù)排水與泥漿倒運(yùn)工序，合理安排施工現(xiàn)場(chǎng)的土方、泥漿地、安全通道等位置。三是對(duì)于鉆機(jī)的鉆桿而言，一定要進(jìn)行垂直鉆孔，這樣能夠防止垂直偏差的鉆桿對(duì)已經(jīng)埋好的管道造成破壞。四是在鉆孔的兩孔之間，挖出500mm的泥漿地，從而發(fā)揮作為鉆井機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)施工中的水循環(huán)載體的作用。五是在鉆孔起勁時(shí)，安排質(zhì)檢人員核對(duì)鉆孔與施工鉆孔平面圖之間的吻合狀況，一旦發(fā)現(xiàn)存在偏差就要及時(shí)糾正調(diào)整。六是在完成鉆孔施工之后，及時(shí)檢查鉆孔的深度和質(zhì)量，并要做好各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量驗(yàn)收工作。七是防止出現(xiàn)鉆孔塌方問(wèn)題，如可以在鉆孔期間灌入泥漿，并要對(duì)鉆孔進(jìn)行泥漿凝固護(hù)壁。

2.4地下水熱泵

地下深井供水可以為系統(tǒng)提供足夠的熱源，實(shí)現(xiàn)夏季暖通制冷，冬季供暖。地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)常采用熱泵技術(shù)。水溫不受外界環(huán)境影響，所以系統(tǒng)水源主要采用地下井水。下面分析地下水熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并討論其實(shí)際應(yīng)用。（1）與其他地源熱泵相比，無(wú)論是地下水回灌還是抽水，占用空間都很小，沒(méi)有一種對(duì)其占地面積有影響。（2）地下水源熱泵技術(shù)可以降低地源熱泵技術(shù)的使用成本，系統(tǒng)維護(hù)方便，不破壞生態(tài)環(huán)境。在建筑物暖通空調(diào)的應(yīng)用中，采用地下水熱泵對(duì)水資源進(jìn)行回收利用，但灌溉過(guò)程中地下水含量保持不變。

2.5連接地源熱泵與冷卻塔

熱泵地下設(shè)備與冷卻塔的連接，主要是為了滿足夏季的降溫需要，傳統(tǒng)的地源熱泵原理是以水為介質(zhì)，通過(guò)壓縮冷凝器吸收室內(nèi)熱量，接著排放到土里，也可以把地下設(shè)備和冷卻塔連接起來(lái)，熱被直接送到冷卻塔，通過(guò)冷卻塔冷卻，使熱量以空氣為介質(zhì)直接用于室內(nèi)降溫，防止熱能進(jìn)入土壤，影響生態(tài)環(huán)境。另外，北方、西北地區(qū)等地區(qū)風(fēng)力較大，利用風(fēng)力作為冷卻塔的動(dòng)力，可確保冷卻過(guò)程中所消耗的熱量較少，達(dá)到節(jié)能、減少污染的目的，這種設(shè)計(jì)思想已在小范圍內(nèi)得到了實(shí)踐和應(yīng)用。

2.6提升暖通設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用性

在保障建筑暖通設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保性質(zhì)基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步提升暖通設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用性，才能夠確保建設(shè)方和施工方的成本支出在可控范圍之內(nèi)。尤其對(duì)于成本預(yù)算編制體系非常有限的建設(shè)方和施工方而言，提升暖通設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用性質(zhì)，能夠保障暖通系統(tǒng)功能價(jià)值與成本之間的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，并對(duì)暖通設(shè)備的采購(gòu)和安裝過(guò)程進(jìn)行量化分析與約束。為提升建筑工程項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用性，需要從價(jià)值工程理論技術(shù)的角度出發(fā)，將暖通系統(tǒng)的具體功能模塊進(jìn)行詳細(xì)拆解，保障業(yè)主用戶在使用期間的基礎(chǔ)功能需求。提升建筑工程項(xiàng)目暖通設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)適用性，需要及時(shí)構(gòu)建更加科學(xué)和完善的設(shè)計(jì)方案，集中探討存在爭(zhēng)議和矛盾點(diǎn)的暖通設(shè)計(jì)內(nèi)容，并從價(jià)值成本分析方法中尋求精細(xì)化的解決方案。

結(jié)語(yǔ)

暖通空調(diào)工程是當(dāng)前建筑領(lǐng)域非常核心的系統(tǒng)配件之一，加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)工作的重視，嚴(yán)格貫徹落實(shí)節(jié)能減排工作理念，對(duì)地源熱泵技術(shù)進(jìn)行合理且高效的應(yīng)用，能夠在確保系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常的前提條件下，最大限度減輕暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的不良影響，對(duì)整個(gè)建筑行業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)性發(fā)展是非常有利的。在對(duì)地源熱泵技術(shù)進(jìn)行研究之后，不難發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)屬于可再生能源綜合利用的范疇。結(jié)合建筑暖通空調(diào)工程施工建設(shè)要求，正確應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，不僅能夠達(dá)到節(jié)能減排目的，也能保證實(shí)際落實(shí)的施工建設(shè)工作符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能夠創(chuàng)造更多效益。我國(guó)大部分的暖通工程現(xiàn)階段都已經(jīng)使用了地源熱泵技術(shù)，地埋管地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用效率最高，應(yīng)充分發(fā)揮其應(yīng)用作用，推動(dòng)我國(guó)暖通工程長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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