摘要：近年來(lái)，隨著社會(huì)建設(shè)的不斷發(fā)展，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)成為公認(rèn)的能源消耗較大的系統(tǒng)，也是導(dǎo)致建筑能耗不斷上升的主因，結(jié)合目前實(shí)際情況來(lái)看，為有效控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗問(wèn)題，減少環(huán)境污染，可將地源熱泵技術(shù)應(yīng)用其中，利用該技術(shù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源的科學(xué)處理?；诖?，對(duì)地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行論述與分析。

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

引言

近年來(lái)，地源熱泵的安裝和設(shè)計(jì)逐漸受到人們的關(guān)注。實(shí)際上，地源熱泵可以起到高效節(jié)能的作用，提高城市供暖系統(tǒng)的價(jià)值，在建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，地源熱泵具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性優(yōu)勢(shì)，突出顯示了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約建筑資源、增強(qiáng)節(jié)能效果等特性。在室內(nèi)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要將地源熱泵安裝在合適的建筑內(nèi)部，合理科學(xué)采用地源熱泵，綜合提高室內(nèi)節(jié)能效果及居住舒適度。地源熱泵可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷和制熱功能，用新型資源代替緊缺資源，符合開(kāi)源節(jié)流的要求，由于我國(guó)在城市建設(shè)過(guò)程中大量能源逐漸緊缺，而這種新型地源熱泵技術(shù)為短缺的能源找到了突破口，根據(jù)調(diào)查研究表明:為了達(dá)到城鄉(xiāng)供暖方式優(yōu)化，地源熱泵技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)快速普及，改善了傳統(tǒng)的制冷制熱技術(shù)所需的能源，降低了能耗，而且有效節(jié)約了成本，能夠使空調(diào)的普及率大大提升，為人們帶去舒適便捷的生活。將地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，不僅兼顧了成本和節(jié)能問(wèn)題，而且給居民提供供暖制冷服務(wù)，在未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)不可擋。

1地源熱泵系統(tǒng)概述

熱泵屬于一種熱量提升裝置其運(yùn)作遵循的是逆卡諾原理，能夠?qū)崃繌牡蜏剞D(zhuǎn)變到高溫并輸送到指定地點(diǎn)。熱泵本身會(huì)消耗一定的熱量，但也是環(huán)境中進(jìn)行能量介質(zhì)深入挖掘，并將其轉(zhuǎn)變成高熱量加以利用的一種裝置，所以該設(shè)備在使用中不僅不會(huì)存在消耗，相反能夠節(jié)省近2/3甚至更高的熱量。熱泵同制冷的原理及系統(tǒng)構(gòu)成是一樣的，常見(jiàn)的整齊壓縮熱泵由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器及節(jié)流閥這幾部分構(gòu)成，形成較為完整的循環(huán)系統(tǒng)，保證熱能傳輸。地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有。1)清潔性。地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行主要是依靠電能供應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，熱量直接從大地獲取，所以在運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)存在燃燒和放熱的可能，這樣就不會(huì)產(chǎn)生較多的污染物，降低對(duì)外界環(huán)境的影響。另外，在相對(duì)較為成熟的系統(tǒng)下，地源熱泵是不需要配備外掛機(jī)和冷卻塔的，所以在放熱過(guò)程中不用擔(dān)心環(huán)境污染問(wèn)題。2)能效性。地源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中有著較高的能源利用率。例如，在寒冷冬季，外界溫度較低，常規(guī)情況下對(duì)熱能需求量高，但地源熱泵系統(tǒng)能夠?qū)囟瓤刂圃?2℃～22℃，且構(gòu)建的循環(huán)系統(tǒng)能夠保證熱能質(zhì)量，以免發(fā)生較大的變化差異，提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。3)經(jīng)濟(jì)性。相比傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵的冷凝溫度要更低，制冷效果明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有資料分析可知，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用后，制冷和供熱的費(fèi)用相較傳統(tǒng)系統(tǒng)降低了1/3左右。此外，因?yàn)槠湟揽侩娔芄╇?，利用大地完成能源把控，所需能耗更少，大大提升了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。4)可靠性。地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行中采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況加以監(jiān)督和把控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和上報(bào)問(wèn)題，給出科學(xué)有效的解決措施，避免更嚴(yán)重問(wèn)題的產(chǎn)生，保障系統(tǒng)運(yùn)行的效率和安全性。5)穩(wěn)定性。地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中不會(huì)受到環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)較大變化，保證整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)能夠?qū)囟仁冀K控制在10℃～25℃，供熱和制冷能效比控制在3.5～4.5，穩(wěn)定性強(qiáng)。

2地源熱泵技術(shù)的特點(diǎn)

2.1經(jīng)濟(jì)高效

地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)節(jié)能中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效、可靠安全的生產(chǎn)，不需要直接燃燒能源，避免了燃料燃燒損失熱量，減少了能源消耗，在能源傳輸中實(shí)現(xiàn)了熱能轉(zhuǎn)換，與傳統(tǒng)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)相比，其工作效率更加高效。該技術(shù)既能節(jié)省能源使用量，也能降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，符合可持續(xù)使用的生產(chǎn)目標(biāo)。其次，地源熱泵技術(shù)并未依賴其他能源，其能減少能源消耗，避免了能源的過(guò)度使用和污染排放破壞環(huán)境，以全年循環(huán)式地?zé)岜萌∨c交換的熱能轉(zhuǎn)換形式吸收和釋放熱能，有效維持了地下溫度的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了使用壽命。

2.2節(jié)能減排

由現(xiàn)有生產(chǎn)資料的調(diào)查與分析可見(jiàn)，煤炭、石油等不可再生資源的使用導(dǎo)致環(huán)境破壞問(wèn)題較為嚴(yán)重。傳統(tǒng)空調(diào)機(jī)在釋放熱能時(shí)也會(huì)產(chǎn)生過(guò)多破壞環(huán)境的氣體，而地源熱泵系統(tǒng)的生產(chǎn)與建設(shè)符合節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，能量來(lái)自大地，其熱交換方式可以轉(zhuǎn)換室內(nèi)外熱能，保持溫度的恒一性，屬于較好的節(jié)能技術(shù)。

2.3穩(wěn)定性較好

地源熱泵技術(shù)在整個(gè)暖通空調(diào)節(jié)能生產(chǎn)中的穩(wěn)定性較好，整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)程序無(wú)需依靠額外能量傳輸，實(shí)現(xiàn)了熱能轉(zhuǎn)換。北方氣溫較低或南方氣溫較高地區(qū)均可應(yīng)用暖通空調(diào)生產(chǎn)技術(shù)，即使不采取保護(hù)措施，也不會(huì)損害設(shè)備，有效降低了安全事故發(fā)生率。由于地源熱泵生產(chǎn)技術(shù)的地下使用環(huán)境受外界溫度的干擾較少，不會(huì)影響建筑工程的穩(wěn)定性和承載性，提高了能源利用效率，有效保證了空調(diào)暖通節(jié)能體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全落實(shí)。

3地源熱泵的種類

3.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵熱源的獲取以地表淺層土壤為主，優(yōu)勢(shì)在于:相較地表水和空氣，土壤在深入地下的過(guò)程中具有保護(hù)作用，能夠抑制溫度波動(dòng)，保持熱能，縮減衰減及延遲時(shí)間。通過(guò)對(duì)熱能的提取，能夠確保熱能供應(yīng)的穩(wěn)定性，提高熱泵的工作效率;將土壤作為熱泵熱能、熱源提取的主要場(chǎng)所，降低了環(huán)境污染，相較傳統(tǒng)的冷卻塔設(shè)備，環(huán)保性更強(qiáng);相較空氣熱泵，大地耦合熱泵的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，省去了除霜設(shè)備、風(fēng)機(jī)回收設(shè)備，在不影響熱能提取和使用的情況下，降低了系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的噪音污染;土壤自身具備的蓄冷和蓄熱功能，能夠合理運(yùn)用熱泵與太陽(yáng)能集熱裝置，完成制冷和制熱的科學(xué)調(diào)節(jié)，增加熱能利用率。不過(guò)土壤的傳熱性差，若想改善傳熱效果，還需要擴(kuò)大土壤面積，再加上在地下埋設(shè)管道的成本相對(duì)較高，施工中存在的影響因素眾多。土壤干燥后導(dǎo)熱性會(huì)下降，所以在夏季很難做到有效排熱，破壞了熱泵的使用性能。

3.2污水源熱泵

污水源熱泵是從污水中進(jìn)行熱源熱量提取應(yīng)用到建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，其能夠?qū)⑻崛〕龅臒嵩粗苯愚D(zhuǎn)換成高品質(zhì)的能源，改善制冷和供熱效果，加強(qiáng)建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適性。同時(shí)，污水源熱泵應(yīng)用中水質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)、溫度變化小，保證內(nèi)部供熱和制冷的穩(wěn)定性，減小設(shè)備系統(tǒng)的損耗。污水源熱泵的優(yōu)勢(shì)如下。污水源熱泵可利用污水處理廠排出的污水提取熱源，污水處理廠的出水量大、水質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)，為熱源提取提供了較大優(yōu)勢(shì)。在污水作用下能夠設(shè)置循環(huán)裝置，避免污染和浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生;環(huán)保性好，污染物排放得到緩解，據(jù)現(xiàn)有資料可知，污水源熱泵應(yīng)用后，污染物排放量較空氣熱泵減少40%，較電供熱減少70%。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，其制冷、制熱系數(shù)比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40%左右，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%～60%。但該熱泵也存在一定缺陷，污垢會(huì)加劇流道表面的粗糙程度，引起摩擦系數(shù)和局部阻力系數(shù)的增加，這必然會(huì)引起整個(gè)換熱器的流動(dòng)阻力壓降增大，故泵消耗的功率增加。所以做好設(shè)備的更換及更新設(shè)計(jì)，剔除污垢也成為專業(yè)人員要重點(diǎn)考量的內(nèi)容。

3.3地下水熱泵

地下水熱泵利用的是地下滲井自身的優(yōu)勢(shì)收集熱匯熱源，滿足制冷和制熱要求。該技術(shù)在應(yīng)用中具備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)為:首先，占地面積小，水井結(jié)構(gòu)布局相對(duì)簡(jiǎn)單，可占用的土地資源面積較小，且因?yàn)樗捎玫氖腔毓嗪统槿〉姆绞剑挥脫?dān)心占地問(wèn)題;其次，成本低廉，凈水單位容量的成本較低，在地式熱交換器改善作業(yè)中，也因?yàn)榈叵滤奶匦远蟠蠼档土顺杀鞠?，減少了不必要損失的形成;再次，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，減少環(huán)境污染，地下熱泵技術(shù)應(yīng)用中即使出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的情況，也不需要予以重點(diǎn)維護(hù)，且地下水回灌后并不會(huì)對(duì)地層的含水量造成影響，不用擔(dān)心出現(xiàn)污染問(wèn)題;最后，技術(shù)成熟度高，地源熱泵技術(shù)雖然屬于新型技術(shù)，但因?yàn)檫m用范圍廣，使用頻率高，目前該技術(shù)已經(jīng)較為成熟，再加上其低廉的成本，較小的占地面積，可滿足暖通空調(diào)設(shè)計(jì)需求。

4地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)節(jié)能中的具體應(yīng)用

4.1主要形式

地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)節(jié)能生產(chǎn)中可以分為土壤、地下水和地表水源3種主要表現(xiàn)形式，根據(jù)熱源來(lái)源的差異劃分生產(chǎn)介質(zhì)，以填埋式土壤熱泵系統(tǒng)作為主要使用方式流通管道與熱泵機(jī)組間的能量，有效完成了土壤與地表機(jī)組間的熱交替作用。其次，在埋管方式的差異下，可以將其劃分為水平和垂直兩種形式，不以直接抽取地下水的方式積累地下水源熱泵能量。但在抽取水后可以傳輸水源熱能，直接將水輸送到熱換件和熱泵機(jī)組中釋放能量和提取熱能。再次，地源熱泵技術(shù)在使用方案上受國(guó)家和地方政府的支持，當(dāng)?shù)叵戮邆涑渥愕乃亢蜔嵩春?，?yīng)利用回灌方式將地表水作為冷源水抽取海水或江河，從而形成開(kāi)放式、循環(huán)式和閉環(huán)式的能源交換系統(tǒng)。利用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種交換類型區(qū)分板式換熱器中的介質(zhì)是否與外界水或土壤相互接觸，以實(shí)現(xiàn)地下埋管和熱泵機(jī)組的反復(fù)循環(huán)式交替作用。最后，在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中抽取外部水源時(shí)，可以利用外部水和板式換熱器實(shí)現(xiàn)循環(huán)式熱流通，以保證內(nèi)部熱交換儀器的穩(wěn)定性。

4.2將地埋管道與熱泵機(jī)組合

兩者組合是最為簡(jiǎn)單的一種方式，也是目前常見(jiàn)的組合形式。在設(shè)計(jì)中，會(huì)按照地理埋管位置對(duì)管道長(zhǎng)度加以確定，根據(jù)水平向管道長(zhǎng)度的熱量及冷卻負(fù)荷的變化特征，對(duì)鉆孔開(kāi)鑿間距加以把控，以豎向管道長(zhǎng)度的換熱量和最大熱負(fù)荷對(duì)占地面積加以確定。完成上述操作后就可以依據(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)備工作后就可以展開(kāi)熱泵機(jī)房圖紙的設(shè)計(jì)工作?？茖W(xué)規(guī)劃?rùn)C(jī)房面積，合理設(shè)置內(nèi)部電源，之后按照?qǐng)D紙要求展開(kāi)施工作業(yè)，強(qiáng)化暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

4.3運(yùn)行狀況分析

應(yīng)針對(duì)溫度監(jiān)測(cè)和地埋管換熱器周圍的設(shè)置情況分析暖通空調(diào)節(jié)能生產(chǎn)的運(yùn)行狀況，并結(jié)合冬季和夏季地源熱泵技術(shù)溫度設(shè)置的差異來(lái)測(cè)量，可有效利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)得到相關(guān)檢測(cè)依據(jù)，正式使用后發(fā)現(xiàn)其符合系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)卦聪到y(tǒng)主機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)大致等待水泵運(yùn)行1h后測(cè)量地下巖土層的溫度，比較測(cè)量結(jié)果與熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果后發(fā)現(xiàn)溫差值較小。其次，各系統(tǒng)組件為維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要將溫度控制在合理范圍內(nèi)，以符合冬季和夏季熱源傳輸與供給要求，一般冬季地埋管側(cè)進(jìn)出口溫度為8.3℃和11.7℃。觀察系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況后，應(yīng)設(shè)置早晨出口處溫度在11.7℃以上，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、運(yùn)轉(zhuǎn)試點(diǎn)任務(wù)和運(yùn)轉(zhuǎn)要求的不斷提高，出口溫度會(huì)逐漸下降，最終會(huì)停留在9.8℃左右，可利用溫度變化情況分析土壤供熱溫度的變化，并及時(shí)反饋。

結(jié)語(yǔ)

總之，地源熱泵技術(shù)與暖通空調(diào)生產(chǎn)技術(shù)充分利用土壤中熱量后，可以在夏季實(shí)現(xiàn)熱量傳輸，冬季實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移，不僅符合空調(diào)冷暖制備的基本功能，也能提高承載負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、綠色減排的生產(chǎn)目標(biāo)，具有較好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景。