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

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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