暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用分析

1、<p>　　暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的應(yīng)用分析</p><p>　　摘要：地源熱泵最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電量和保護(hù)環(huán)境 ，在現(xiàn)代建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的工作原理、地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)、局限性、機(jī)組的正確選擇、能效比與性能系數(shù)的選擇及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)設(shè)計(jì)地源熱泵 </p

2、><p>　　中圖分類號(hào)：TB657文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　正文： </b></p><p>　　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(guó)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(duì)指引暖通空調(diào)設(shè)計(jì)具有重大的意義，成為暖通

3、空調(diào)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。 </p><p>　　1.地源熱泵系統(tǒng)的原理 </p><p>　　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(chǔ) ，達(dá)到對(duì)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?chǔ)存的熱能轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi) ，同時(shí)將建筑物內(nèi)的冷

4、量轉(zhuǎn)移到地下儲(chǔ)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)。 </p><p>　　2. 地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn) </p><p>　　現(xiàn)在筆者將從以下幾個(gè)方面介紹它的優(yōu)勢(shì) ，促進(jìn)它的推廣 ：1）一般使用暖通空調(diào)的都是

5、北方地區(qū) ，溫度較低 ，地源熱泵是長(zhǎng)期埋在地下的 ，不僅僅不會(huì)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(duì)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(duì)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(chǔ)存熱能和冷能的功能

6、 ，可以把夏天的高熱能儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)空調(diào)的要求 ，既不污染環(huán)境 ，又可以提高能源的利用率。 </p><p>　　3.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 </p><p>　　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(shì) ，但是地源熱泵的設(shè)計(jì)往往容易受到客觀環(huán)境的

7、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70000㎡，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。 </p><p><b>　　3.1 熱能不足 </b></p><p>　　在大地?zé)崮懿蛔?/p>

8、以保證冬季取暖時(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(chǔ)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(huì)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

9、地源熱泵 ，滿足了把夏天的高熱能儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)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(duì)于方便 ，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)也降低了。 </p><p>　　3.2 正確選擇機(jī)組 </p><p&g

10、t;　　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(chǎng)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(gòu)了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的機(jī)組 ，就會(huì)導(dǎo)致夏天不可以正常使用。 </p><p>　　3.3 能效比與性能系數(shù)的選擇 </p><p>　　在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)

11、中有效的應(yīng)用地源熱泵 ，對(duì)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(guó)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(cè)定條件不一樣 ，得出的值也會(huì)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(huì)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

12、運(yùn)行 ，關(guān)鍵是抽水井和回灌井的選擇 ，對(duì)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(dòng)水位平均約為地下 38m。 </p><p><b>　　3.5 控制系統(tǒng) </b></p&

13、gt;<p>　　控制系統(tǒng)分別為熱泵機(jī)組的自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)主要職責(zé)是通過自動(dòng)化裝置對(duì)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(duì)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。 </p><p>　　3.6 地下水熱泵技

14、術(shù) </p><p>　　地下水熱泵屬于地源熱泵中的一個(gè)重要分支，也是至今為止應(yīng)用最廣泛的地源熱泵技術(shù)之一。這種熱泵技術(shù)供熱、制冷的實(shí)現(xiàn)是以地下深井水提供熱源或者熱匯為基礎(chǔ)的。因?yàn)榈叵律罹坏奈恢锰幱诘貙又?，其深度比較少，甚至一些深井水的水溫可以常見不變，因此熱泵運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)明顯。具體而言其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，水井系統(tǒng)由于布局緊湊，因此占地面積不大，但是其抽取、回灌地下水的效果卻不會(huì)受到占地面積的影響；

15、第二，對(duì)于大地耦合熱泵來說，它的地式熱交換器的單位容量的成本改善的空間很小，基本就是定數(shù)，但是對(duì)于大型的地下水熱泵系統(tǒng)而言，它的井水系統(tǒng)單位容量的成本卻非常低，一對(duì)流量較高的井就能夠滿足整個(gè)建筑空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行需求；第三，和傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)相比，地下水熱泵循環(huán)系統(tǒng)只要設(shè)計(jì)合理，幾乎不用維護(hù)，也就不會(huì)產(chǎn)生維護(hù)費(fèi)用，并且如果地下水回灌到蓄水層后，實(shí)際地層含水量不會(huì)受到影響，因此對(duì)于生態(tài)、地理環(huán)境的影響也不大；第四，現(xiàn)在各大商業(yè)系統(tǒng)中很多都采

16、用了地下水熱泵系統(tǒng)，經(jīng)過多年的實(shí)踐發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，鉆井施工技術(shù)也比較簡(jiǎn)單。 </p><p>　　當(dāng)然，它也存在一定的不足之處，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，空調(diào)的冷熱源來自于含水層所蓄存的水，其溫度必然會(huì)受到限制；第二，如果鉆井施工不好或者地下水質(zhì)受到不同程度的污染，則在進(jìn)行回灌井的選址時(shí)要將水文地質(zhì)條件考慮進(jìn)來；第三，如果熱泵裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好、水位較深，則泵的消耗費(fèi)用就會(huì)大幅上升。由此可見，如果要在

17、某個(gè)地區(qū)熱泵的冷熱源決定采用地下水，則不僅要進(jìn)行嚴(yán)格的泵水試驗(yàn)，核查該處的地下水量是否足夠，還要對(duì)地下水的水質(zhì)做進(jìn)一步的檢測(cè)，規(guī)劃方案的制定越準(zhǔn)確、越詳細(xì)越好。 </p><p><b>　　4.結(jié)論 </b></p><p>　　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(guó)的可持續(xù)發(fā)展

18、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。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]羅迎賓，梁路軍，季柳金，等.地源熱泵在水產(chǎn)養(yǎng)殖恒溫系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷，2010，19(1)；622-623. </p>