淺析地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

龔明哲

摘 要：暖通空調(diào)主要包括了采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)三個(gè)方面的功能，做好暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要應(yīng)用熱力學(xué)、流體力學(xué)和流體機(jī)械等方面的專業(yè)知識(shí)，應(yīng)該得到設(shè)計(jì)人員的充分重視。地源熱泵憑借自身良好的性能，逐漸成為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的一種發(fā)展趨勢。本文結(jié)合地源熱泵的特點(diǎn)，對其在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

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

城市化進(jìn)程的加快，帶動(dòng)了建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對于建筑內(nèi)部空間提出了更高的要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)逐漸得到了廣泛應(yīng)用。但是，空調(diào)機(jī)的大量使用，不僅對自然環(huán)境造成了巨大的破壞，而且需要消耗大量的能源，在當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展理念背景下，對暖通空調(diào)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，是非常必要的。地源熱泵的應(yīng)用，可以在滿足建筑實(shí)際需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，因此得到了相關(guān)設(shè)計(jì)人員的重視。

1、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ǖ叵滤?、土壤、地表水等的能量），?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)，在相對封閉的環(huán)路中，經(jīng)過大地進(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自大地，因此可以有效減少對于能源的消耗。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)用過程中，由于熱量主要來自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過程，可以有效減少對于周邊自然環(huán)境的影響和污染。同時(shí)，在相對成熟的技術(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程中，同樣不會(huì)對周邊環(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)行過程中，對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)勢非常突出。

（4）可靠性：在地源熱泵系統(tǒng)中，對于系統(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遠(yuǎn)程控制的方式，對地源熱泵系統(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。

2、地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，人們的生活水平不斷提高，對于自身的生活和工作環(huán)境提出了更高的要求，暖通空調(diào)系統(tǒng)也因此得到了日益廣泛的應(yīng)用和普及，可以通過對室內(nèi)溫度和空氣的調(diào)節(jié)，為人們提供更加舒適的室內(nèi)空間，因此，做好暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作，是室內(nèi)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵。作為暖通空調(diào)的重要組成部分，地源熱泵根據(jù)地?zé)崮芙粨Q形式的不同，可以分為三種，這里分別對其在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵也稱土壤熱交換器地源熱泵，是指以地表淺層的土壤作為熱源或者熱匯，將耦合式地?zé)峤粨Q器以水平方式，放置在預(yù)設(shè)地溝內(nèi)，或者以U型管的方式放置在豎井內(nèi)，并于建筑內(nèi)部的水環(huán)路保護(hù)相互連接。與傳統(tǒng)空氣熱泵相比，大地耦合熱泵的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面，一是一定深度的地下土壤溫度波動(dòng)相對較小，而且對于地表空氣溫度的波動(dòng)具有延遲和和衰減的作用，更適合作為熱泵的熱源和熱匯，能夠有效保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行；二是以土壤作為熱源和熱匯，不需要額外設(shè)置相應(yīng)的冷卻塔和鍋爐，可以減少系統(tǒng)對于環(huán)境的污染；三是可以實(shí)現(xiàn)與太陽能集熱裝置的有機(jī)結(jié)合，通過土壤的蓄熱和放熱，實(shí)現(xiàn)更好的供熱和制冷效果。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，應(yīng)該對地下土壤換熱系統(tǒng)的類型進(jìn)行選擇。在當(dāng)前技術(shù)條件下，從埋管模式分析，可以分為垂直型和水平型，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，一般情況下多采用垂直型埋管模式；另一方面，應(yīng)該地下?lián)Q熱器管材進(jìn)行選擇。由于管材需要埋設(shè)在地下，因此，從地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性出發(fā)，應(yīng)該確保管材具備良好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)具備一定的強(qiáng)度和韌度，還必須對成本進(jìn)行控制。綜合考慮各方面的需求，可以優(yōu)先考慮高密度PE管材進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)。

2.2地下水熱泵

地下水熱泵系統(tǒng)是指將地下水接入系統(tǒng)的熱泵機(jī)組中，利用地下深井水水溫相對穩(wěn)定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)熱量的交換。其優(yōu)勢在于，占地面積小，效果顯著，而且如果設(shè)計(jì)合理，幾乎不需要進(jìn)行維護(hù)，不會(huì)產(chǎn)生維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)技術(shù)相對成熟，施工簡單。不過需要注意的是，在抽取地下水之后，需要及時(shí)進(jìn)行回灌工作，避免對區(qū)域生態(tài)環(huán)境和地理環(huán)境造成負(fù)面影響；另外，在土壤內(nèi)埋設(shè)大量的井水傳輸管道，可能會(huì)引發(fā)局部性的管道腐蝕問題。因此，地下水熱泵的形式在當(dāng)前技術(shù)條件下，一般都是作為暖通空調(diào)的輔助項(xiàng)目，并不常用。

2.3地表水熱泵

地表水熱泵系統(tǒng)與地下水熱泵系統(tǒng)相似，不過是由潛在水面以下的塑料管道構(gòu)成的，這部分塑料管道在構(gòu)成形式上表現(xiàn)為多重并聯(lián)模式，在運(yùn)行過程中所形成的地下水熱交換器，可以在一定程度上取代土壤熱交換系統(tǒng)。在暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，地表水熱泵系統(tǒng)需要通過管道與建筑進(jìn)行連接，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，需要充分考慮建筑所處區(qū)域的環(huán)境差異性，對管道和設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的防凍處理或防潮處理，避免氣候因素對于系統(tǒng)的影響和破壞。

3、結(jié)語

總之，在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)成為建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，直接影響著室內(nèi)環(huán)境的舒適度。對此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分重視起來，順應(yīng)節(jié)能減排的號召，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)上，盡量減少對于環(huán)境的污染和影響，推動(dòng)我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

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