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暖通工程師關(guān)于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用

更新時(shí)間:2019-09-10 10:01:42 來源:環(huán)球網(wǎng)校 瀏覽50收藏10

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現(xiàn)代生活逐漸向舒適靠近,空調(diào)機(jī)也逐漸走入了我們的生活,同時(shí)我們無論在生活中還是在生產(chǎn)中也越來越依賴空調(diào),但是由此帶來的能源浪費(fèi)也值得我們的關(guān)注。再加上地球上可以利用的資源日漸減少,環(huán)保節(jié)能逐漸成為現(xiàn)代生活、生產(chǎn)設(shè)計(jì)的主題。地源熱泵具有熱源穩(wěn)定、再生能源、良好的安全性、環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn),被暖通空調(diào)設(shè)計(jì)者青睞,成為我國暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的一種發(fā)展趨勢。地源熱泵技術(shù)不可避免地指引暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的發(fā)展,慢慢取代了傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。結(jié)合我國目前的可利用資源的實(shí)際情況,地源熱泵在暖通空調(diào)中充分發(fā)揮了優(yōu)勢,不僅僅提供了暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)質(zhì)量,而且還減少了能源開支。

1 地源熱泵系統(tǒng)的含義

所謂的地源熱泵,即將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器或者冷凝器埋入地下,其與大地?zé)峤粨Q的過程中,或者中間介質(zhì)在封閉的環(huán)路中經(jīng)過大地進(jìn)行循環(huán)流動,以水源在高強(qiáng)度、高密封性塑料管環(huán)路中的持續(xù)、循環(huán)流動為載體,實(shí)現(xiàn)與大地的熱交換的方式達(dá)到空氣調(diào)節(jié)的目的。也就是說,地源熱泵的熱能主要依靠大地,從這個(gè)角度來看,就大大減少了能源的消耗。這種地源熱泵運(yùn)用到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)中,在現(xiàn)代能源缺乏的情況下,很值得廣泛應(yīng)用。

1.1地源熱泵系統(tǒng)的原理

地源熱泵系統(tǒng)的原理主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面,在夏季高溫天氣狀況影響下,地埋管地源熱泵機(jī)組能夠?qū)⒔ㄖ锼盏降臒崮苻D(zhuǎn)移到地下存儲,達(dá)到對建筑物降溫的目的;另一方面,在冬季低溫天氣狀況影響下,地埋管地緣熱泵系統(tǒng)又能夠?qū)⒌叵峦寥涝谙募舅鶅Υ娴臒崮苻D(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),同時(shí)將建筑物內(nèi)的冷量轉(zhuǎn)移到地下儲存,達(dá)到為建筑物供暖的目的[2]。就像自然現(xiàn)象一樣,水往低處流,熱能也是向低溫的地方傳導(dǎo),但是我們可以創(chuàng)造水泵使水往高處流,同樣我們也可以創(chuàng)造熱泵使得熱能向高溫處傳導(dǎo),因此熱泵屬于提高溫度的一種新型系統(tǒng)。

1.2 地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

地源熱泵最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境,現(xiàn)在筆者將從以下幾個(gè)方面介紹它的優(yōu)勢,促進(jìn)它的推廣:1)一般使用暖通空調(diào)的都是北方地區(qū),溫度較低,地源熱泵是長期埋在地下的,不僅僅不會有損建筑物的美觀,而且還不用擔(dān)心雪霜覆蓋容易損壞系統(tǒng);2)地源熱泵在暖通空調(diào)中的使用,與傳統(tǒng)的空調(diào)不一樣,不排放廢氣廢水,減少對居民身體健康的影響和環(huán)境的污染;3)在環(huán)境介質(zhì)中,大地的溫度變化是相對較小的。冬天時(shí)候大地的溫度往往比室內(nèi)溫度高,而夏天的時(shí)候卻相反,地源熱泵利用了這個(gè)特點(diǎn),提高了熱能的利用效率,促進(jìn)能源的充分使用。(4)大地具有儲存熱能和冷能的功能,可以把夏天的高熱能儲存在大地當(dāng)中,以便冬天的時(shí)候使用;另外還可以把冬天的冷能量也儲存到大地當(dāng)中,以便夏天的時(shí)候使用。地源熱泵利用大地這個(gè)功能,可以同時(shí)滿足兩個(gè)季節(jié)的對空調(diào)的要求,既不污染環(huán)境,又可以提高能源的利用率。

2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

雖然暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用地源熱泵具有很大的優(yōu)勢,但是地源熱泵的設(shè)計(jì)往往容易受到客觀環(huán)境的限制,無法適合所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。正如:某市的城北小區(qū)建設(shè)工程,建筑面積為70000m2,地下90米之內(nèi)主要是含有砂土,由于砂土的鉆孔開支較少,比較適合使用開放式地源熱泵系統(tǒng),而不適合采用水環(huán)地源熱泵系統(tǒng)。上述案例可見,地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是因地制宜的。

2.1 熱能不足

在大地?zé)崮懿蛔阋员WC冬季取暖時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)要增設(shè)特制熱的裝置來增加熱能,達(dá)到相關(guān)規(guī)定,滿足熱量的需求。而冬季儲存的冷能也不能滿足夏季制冷需求時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)就得增加冷卻裝置。但是增加設(shè)備的同時(shí)也會增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),因此需要經(jīng)過計(jì)算才能確定采用地源熱泵技術(shù)是否合理。比如:某酒店建筑物的總面積大約為20000平方米,整改之前的裝置主要由冷卻設(shè)備和燃煤設(shè)備組成,這種裝置較落后、工作效率較低,跟不上現(xiàn)代空調(diào)設(shè)計(jì)的腳步。在2007年該裝置應(yīng)用了地源熱泵,滿足了把夏天的高熱能儲存在大地當(dāng)中,以便冬天的時(shí)候使用;另外還可以把冬天的冷能量也儲存到大地當(dāng)中,以便夏天的時(shí)候使用,減少空調(diào)設(shè)計(jì)的負(fù)荷,減少對城市環(huán)境的污染 [3]。像這種都不滿足熱能和冷能的需求,且溫度差距很大時(shí),可以考慮使用埋管的方法,系統(tǒng)只需增設(shè)冷卻裝置即可,操作相對于方便,經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)也降低了。

2.2 正確選擇機(jī)組

機(jī)組的正確選擇,就是要求機(jī)組要和地源熱泵的類型適應(yīng)。目前市場上的機(jī)組五花八門,各種類型的都有,而且沒有統(tǒng)一的規(guī)范,因此,在挑選機(jī)組時(shí)應(yīng)該注意此次工程地源熱泵的類型適合何種機(jī)組。比如工程應(yīng)用的是開放式地源熱泵空調(diào)設(shè)計(jì)方法,但是采購了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的機(jī)組,就會導(dǎo)致夏天不可以正常使用。

2.3 能效比與性能系數(shù)的選擇

在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)中有效的應(yīng)用地源熱泵,對機(jī)組的能效比和性能系數(shù)有相當(dāng)嚴(yán)格的要求。每個(gè)廠家生產(chǎn)的機(jī)組能效比和性能系數(shù)都有可能不一樣,因此設(shè)計(jì)者在選擇時(shí)需注意。正如德國某個(gè)廠家生產(chǎn)的機(jī)組,在制熱的性能系數(shù)一般在4.5到7.2之間,而在制冷時(shí)小的只有0.65噸,大的有30噸,相差較大 。由于廠家的測定條件不一樣,得出的值也會有偏差,另外根據(jù)工程進(jìn)行的情況不一樣要求的值也會不一樣。

2.4 抽水井、回灌井的選擇

保證暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行,關(guān)鍵是抽水井和回灌井的選擇,對其要求既要保證地源熱泵的正確應(yīng)用,又要減少能源的浪費(fèi)。根據(jù)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定,要求抽水井和回灌井的井深平均為100米,自由升降度為7米左右,抽水量在95m3/h左右,回灌水量在48m3/h左右,靜止水位平均約為地下32m,動水位平均約為地下 38m。

2.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分別為熱泵機(jī)組的自動控制系統(tǒng)、水池的控制系統(tǒng)和井群控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的個(gè)組成部分都各司其職。比如熱泵機(jī)組的自動控制系統(tǒng)主要職責(zé)是通過自動化裝置對暖通空調(diào)進(jìn)行制冷制熱的有效控制,減少人為的工作量;水池的控制系統(tǒng)主要是根據(jù)水位的高低來確定是否需要開啟深井蓋;井群控制系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)對此系統(tǒng)進(jìn)行分組管理,促進(jìn)控制系統(tǒng)發(fā)揮其作用。

3 結(jié)論

目前,地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的使用已經(jīng)得到的我國空調(diào)設(shè)計(jì)者的認(rèn)可,而且地源熱泵具有熱源穩(wěn)定、再生能源、良好的安全性、環(huán)保、節(jié)約資源等特點(diǎn),逐漸取代了傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計(jì)。所以,地源熱泵對指引暖通空調(diào)設(shè)計(jì)具有重大的意義,成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。另外,由于地源熱泵能量的來源主要依靠大地,在此基礎(chǔ)上減少了能源的開發(fā)和浪費(fèi),并且與傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計(jì)相比未帶來環(huán)境污染,體現(xiàn)了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,與環(huán)保節(jié)能的主題相適應(yīng)。但是,在采用地源熱泵技術(shù)時(shí)要與暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)類型相適應(yīng),才能促進(jìn)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用。

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