王桂鋒

摘 要：在節(jié)能減排、資源短缺的大背景之下，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行改革。地源熱泵憑借其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為我國(guó)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的一種發(fā)展趨勢(shì)，隨著地源熱泵技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必將被取代，而地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用也會(huì)更加合理、更加廣泛。本文探討了暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用。

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

1 前言

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的暖通空調(diào)安裝率已經(jīng)達(dá)到了百分之百，空調(diào)已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ畹囊环N最基礎(chǔ)的配件。自發(fā)明暖通空調(diào)地源熱泵以來(lái)，其結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)用一直在不斷的更新和改進(jìn)，我們應(yīng)該對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行綜合歸納，并從更深層次的角度對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用做全面的解析。

2 地源熱泵的特點(diǎn)

從概念方面分析，地源熱泵是一種利用淺層地?zé)崮茉矗?地下水、土壤、地表水等的能量） ，實(shí)現(xiàn)制冷或者供熱的高效節(jié)能系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用方面，是指將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器或者冷凝器埋入地下，利用中間介質(zhì)，在相對(duì)封閉的環(huán)路中，經(jīng)過(guò)大地進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地的熱交換，達(dá)到制冷、供熱或者調(diào)解空氣的目的。與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵的熱能主要來(lái)自大地，因此可以有效減少對(duì)于能源的消耗。地源熱泵的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）清潔性： 電力是地源熱泵運(yùn)行的重要保障，而地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于熱量主要來(lái)自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過(guò)程，可以有效減少對(duì)于周邊自然環(huán)境的影響和污染。同時(shí)，在相對(duì)成熟的技術(shù)支撐下，地源熱泵系統(tǒng)不需要配置相應(yīng)的冷卻塔裝置和外掛機(jī)設(shè)備，因此在熱能的排放過(guò)程中，同樣不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。

（2）能效性： 從目前的技術(shù)發(fā)展情況看，地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于能源的利用效率極高，例如，在冬季氣候狀態(tài)下，可以將室內(nèi)的溫度維持在12-22℃的范圍內(nèi)，明顯高于常規(guī)狀態(tài)的環(huán)境空氣溫度。而在供熱過(guò)程中，可以顯著提升熱泵在循環(huán)狀態(tài)下的蒸發(fā)溫度，對(duì)于提升整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的能效比是非常重要的。

（3）經(jīng)濟(jì)性： 與普通空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷凝溫度更低，制冷效果較傳統(tǒng)的冷卻塔式系統(tǒng)和風(fēng)冷式系統(tǒng)更好。相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，在地源熱泵系統(tǒng)中，空調(diào)的供熱和制冷運(yùn)行費(fèi)用能夠減少30%-40%。不僅如此，與一般的鍋爐供熱、電能供熱系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)雖然也需要依靠電能運(yùn)行，但是能耗極小，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)非常突出。

（4）可靠性： 在地源熱泵系統(tǒng)中，對(duì)于系統(tǒng)的管理和控制全部都是由計(jì)算機(jī)進(jìn)行的，可以有效保證系統(tǒng)在多工況運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，管理人員還可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制的方式，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

（5）穩(wěn)定性： 地源熱泵系統(tǒng)可以在任何環(huán)境因素的作用下，確保熱源溫度的穩(wěn)定性，將其控制在10-25℃的溫度區(qū)間內(nèi)，制冷和供熱系統(tǒng)也可以維持在3.5-4.4 之間，與普通的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，具有更高的穩(wěn)定性。

3 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用

3.1 地理管道和熱泵機(jī)組結(jié)合

在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中采用地理管道和熱泵機(jī)組相結(jié)合的方式是比較常見(jiàn)，也是運(yùn)用起來(lái)比較簡(jiǎn)單的組合方式。設(shè)計(jì)過(guò)程中依據(jù)地理埋管路位置的不同采用不同長(zhǎng)度的管路，對(duì)于水平埋管單位長(zhǎng)度的熱量和冷卻負(fù)荷的不同，可以確定鉆孔開(kāi)槽的間距。對(duì)于豎直埋管單位長(zhǎng)度的換熱量和最大取熱負(fù)荷計(jì)算開(kāi)槽的占地面積。完成上述實(shí)際操作后就可以依據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇熱泵機(jī)房中熱泵機(jī)組的規(guī)格型號(hào)，使用臺(tái)數(shù)、配套水泵、分集水器、定壓裝置、水處理裝置等，確定前期準(zhǔn)備工作后就可以進(jìn)行熱泵機(jī)房實(shí)際圖紙的設(shè)計(jì)工作。同時(shí)選擇合適的機(jī)房面積，設(shè)計(jì)機(jī)房?jī)?nèi)電源開(kāi)關(guān)的安裝位置。最后，進(jìn)行安裝圖紙和實(shí)際布線圖紙的設(shè)計(jì)工作，以滿足實(shí)際工作需要。

3.2 地理管道和熱回收機(jī)組結(jié)合

對(duì)于工程實(shí)際工作中排熱量系數(shù)大于一個(gè)單位的工程項(xiàng)目中，就可以采用地理管道和熱回收機(jī)組結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于我國(guó)北方氣候比較分明，冬季溫度十分寒冷對(duì)于熱量的需求比較多，而到了夏天地表溫度又十分炎熱。因此，在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中就可以利用氣候變化的這個(gè)鮮明的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以滿足人們冬天對(duì)于熱水的需求量的要求。夏季到來(lái)的時(shí)候，可以采用熱回收式熱泵機(jī)組通過(guò)地埋管向巖土排出一部分熱量，熱水被回收機(jī)組加熱后進(jìn)入實(shí)際生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的時(shí)候，可以向巖土體取熱，進(jìn)而達(dá)到熱量的平衡機(jī)制，巖土體可以將夏季回收的熱量全部用來(lái)制冷也可以只用熱量的20%，這個(gè)過(guò)程完全可以由操作人員自由控制。

3.3 地理管與熱泵機(jī)和冷卻塔結(jié)合

夏季對(duì)室溫要求較高，同時(shí)冬季對(duì)室溫要求也很高的場(chǎng)景，可以采用不將夏季收集的熱量源排出到巖土體中，而是將熱量直接輸送到冷卻塔。通過(guò)冷卻塔可以將熱量進(jìn)行冷卻，之后可以直接使用，就可以避免在經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季才能投入使用的進(jìn)而產(chǎn)生了熱量流失的弊端。而且可以充分地保證排熱量系數(shù)保持在一個(gè)單位左右不受影響。北方到了秋季后風(fēng)力就相對(duì)充足，通過(guò)儲(chǔ)存的風(fēng)力也可以保證冷卻塔的動(dòng)力源得到保證，風(fēng)力可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，根據(jù)能量守恒的原則，就可以積極的做功，保證動(dòng)能得到源源不斷的供給過(guò)程。可見(jiàn)這一過(guò)程是十分有利的。因此，該種機(jī)制的組合在現(xiàn)階段暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中受到了更加廣泛的應(yīng)用，而且，已經(jīng)有很多較大型的空調(diào)廠商都是采用地理管與熱泵機(jī)和冷卻塔結(jié)合的設(shè)計(jì)組合形式。下一步的發(fā)展方向?qū)⑹遣粩嗟拈_(kāi)拓市場(chǎng)，滿足人們?nèi)找嬖黾拥男枨罅俊?/p>

4 地源熱泵應(yīng)用的注意事項(xiàng)

4.1 地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用要因地制宜

將地源熱泵運(yùn)用到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際使用過(guò)程中，地源熱泵的設(shè)計(jì)卻會(huì)受到客觀環(huán)境的諸多限制，因此地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)是因地制宜的。當(dāng)大地夏季儲(chǔ)存的熱能不足，無(wú)法滿足建筑物的冬季供暖時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加制熱裝置來(lái)增加熱能，使熱能滿足相關(guān)規(guī)定的要求，當(dāng)大地冬季儲(chǔ)存的冷能量不足，無(wú)法滿足建筑物的夏季制冷需求時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

4.2 正確選擇與地源熱泵類型相適應(yīng)的機(jī)組

目前，市面上的機(jī)組類型繁多，也缺乏統(tǒng)一的規(guī)范與管理，因此在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中要根據(jù)地源熱泵的類型來(lái)挑選合適的機(jī)組，同時(shí)，地源熱泵對(duì)機(jī)組的能效比與性能系數(shù)有著很高的要求，而且各個(gè)廠家生產(chǎn)的機(jī)組，其能效比和性能系數(shù)可能存在不同，因此設(shè)計(jì)者必須根據(jù)地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數(shù)。如果機(jī)組類型或者機(jī)組的能效比與性能系數(shù)與地源熱泵類型不相適應(yīng)，就會(huì)影響地源熱泵系統(tǒng)的正常使用，影響建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系統(tǒng)的合理管控

地源熱泵的控制系統(tǒng)主要有三個(gè)：①熱泵機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要借助自動(dòng)化裝置進(jìn)行制冷以及制熱的合理調(diào)配，不需要人工操作；②水池的控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的調(diào)控依據(jù)是水位的高低，當(dāng)水位達(dá)到一定高度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟或者關(guān)閉深井蓋；③井群控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要進(jìn)行分組管理，并促進(jìn)其他控制系統(tǒng)控制能力的正常發(fā)揮。

總之，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用不同形式的地源熱泵技術(shù)能夠很好的提高低溫地?zé)豳Y源，并且可以克服傳統(tǒng)熱泵空調(diào)技術(shù)的存在的局限問(wèn)題，可以說(shuō)，是非常具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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