如何在建筑中應(yīng)用地源熱泵式中央空調(diào)

摘 要：現(xiàn)代社會面對越來越嚴(yán)峻的能源危機(jī)，人們開始意識到僅僅靠現(xiàn)有的能源已經(jīng)不能滿足可持續(xù)發(fā)展的社會需求了，因此人們開始對新的能源進(jìn)行研究以及開發(fā)利用，地?zé)峋褪墙陙黹_發(fā)的新的能源，而地源熱泵式的中央空調(diào)就是利用了這種淺層地?zé)徇M(jìn)行冷熱供應(yīng)的可再生無污染技術(shù)的溫度調(diào)控系統(tǒng)。文章就此種系統(tǒng)從其原理、技術(shù)以及優(yōu)勢和產(chǎn)生背景等方面做了充分的研究以及分析，闡述其所具有的節(jié)能低碳、環(huán)保安全的優(yōu)勢，以對此類環(huán)保型空調(diào)進(jìn)行應(yīng)用的推廣。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；地?zé)幔荒茉矗还?jié)能；環(huán)保

引言

地?zé)岬睦迷诋?dāng)今社會已經(jīng)成為了能源研究以及開發(fā)利用的新課題，地?zé)崮茉吹闹饕攸c就是可再生且無污染，而地源熱泵式的中央空調(diào)在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時又體現(xiàn)了其所具有的靈活舒適以及節(jié)能環(huán)保的特性。所謂的地源熱泵實則就是通過在地下進(jìn)行管道的埋設(shè)，用以吸收土壤以及地下水中的能量。這種利用主要就是基于淺層土壤以及地下水的溫度穩(wěn)定，且溫度較高，不會受到外界的環(huán)境影響，因此冬季制熱以及夏季制冷，較之其他的熱源熱泵的能效上都要具有優(yōu)勢。這些的前提都需要管道的埋設(shè)即要有足夠的地方進(jìn)行冷熱交換的裝置安裝，或者是政府允許對地下水進(jìn)行抽取，若是允許就應(yīng)當(dāng)選擇此種溫度調(diào)控系統(tǒng)。

1 工作原理

地?zé)岜脤嵸|(zhì)上是通過對土壤蓄溫作用進(jìn)行的利用，然后進(jìn)行熱交換的一種工程技術(shù)，通過少量的電能，將熱泵原理進(jìn)行發(fā)揮，蓄熱以及蓄冷能力的特征就決定了可以通過物理熱力學(xué)對交換后的熱能進(jìn)行循環(huán)，這就完成了對于土壤熱量或者是地下水的利用，供應(yīng)建筑的溫度調(diào)節(jié)就是通過地下水以及建筑四周的管道進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

此種空調(diào)系統(tǒng)在組成上主要是分為了三大部分，首先，是換熱系統(tǒng)，負(fù)責(zé)進(jìn)行熱交換；其次是水源熱泵的機(jī)組系統(tǒng)，負(fù)責(zé)進(jìn)行對換熱后的介質(zhì)進(jìn)行流轉(zhuǎn)；最后則是室內(nèi)的末端。而水源熱泵的機(jī)組又主分為兩種形式：首先是水水型，其次則是水空氣型。而三大部分之間就是通過了熱介質(zhì)用以進(jìn)行熱量的交換傳遞，水源熱泵顧名思義就是通過水作為介質(zhì)進(jìn)行和地能的熱交換，而對于其他兩個部分來說，介質(zhì)可以是水也可以是空氣。

工作原理是：對于地源熱泵的制冷功能實質(zhì)上就是一種氣液轉(zhuǎn)化循環(huán)，熱泵利用了機(jī)組壓縮機(jī)對轉(zhuǎn)換媒介做功，以實現(xiàn)形態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)然，這些都是建立在地下的低溫環(huán)境下的。現(xiàn)實室內(nèi)的循環(huán)過程，首先是空氣熱交換器對吸收了室內(nèi)空氣熱量的冷媒進(jìn)行冷凝處理，冷媒流經(jīng)水熱交換器時在對循環(huán)匯總的冷媒進(jìn)行冷凝，后循環(huán)水路就會對冷媒中的熱量進(jìn)行吸收。之后循環(huán)水路繼續(xù)流通，至室外的地下，通過換熱系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)移，即和地下土壤或者是水進(jìn)行熱交換。而室內(nèi)空調(diào)的工作原理就是在冷媒流通三大部分的時候不斷的將熱量轉(zhuǎn)移到地下后通過空氣熱交換器即室內(nèi)末端將交換后的空氣送至房間內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度、制冷的目的。相比較普通的制冷空調(diào)，地?zé)崮艿目照{(diào)只是進(jìn)行了冷凝器中的冷媒和室內(nèi)環(huán)境以及地下環(huán)境進(jìn)行熱交換，因此能源耗費上可以節(jié)省一半以上。對于冬季供熱，則是通過地下的管道對地下熱能進(jìn)行吸取，通過熱媒進(jìn)行循環(huán)，通過熱泵壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)，以此為用戶提供熱能滿足室內(nèi)的溫度熱量需求。而且根據(jù)交換形式的區(qū)別地源熱泵在系統(tǒng)上可以分成三種，首先是地下水的地源熱泵其次是地表水的地源熱泵，最后是地埋管的地源熱泵。

2 優(yōu)點

2.1 地能，指的是土壤、地下水以及河流湖泊能夠吸收和存儲太陽能以及地?zé)崮芎笏哂械囊环N低溫位的熱能。地?zé)峥梢哉f是一種無限可再生的能源，因為深度小于四百米的淺層地表實在可以看做是一個太陽能的吸收集熱裝置，其對太陽能的吸收達(dá)到了47%相當(dāng)于人類每年消耗的能量的五百余倍，并且只要是存在地表的地方就可以收集，不受到地域限制以及資源限制，是一種真正的可再生清潔能源。可以說其儲量是無限的，因此地源熱泵技術(shù)是現(xiàn)代社會的需求的真正的滿足技術(shù)。其利用了淺層地表作為溫度源，將其能量應(yīng)用于室內(nèi)溫度的調(diào)控中。

2.2 地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的低碳節(jié)能技術(shù)

地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

2.3 地源熱泵環(huán)境效益顯著

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。據(jù)測算，若安裝地源熱泵40萬臺，和采用“化石能源”比，相當(dāng)于降低溫室氣體排放100萬噸，和50萬輛汽車的污染排放物。同時，熱泵空調(diào)在每個房間都有單獨的能量分配器，可以自主調(diào)節(jié)溫度。

3 地源熱泵室外地埋管系統(tǒng)安裝

地源熱泵室外地埋管一般選用垂直埋管方式，也叫直埋式。直埋式地源熱泵施工時所需場地小，節(jié)省建筑空間，是一種經(jīng)濟(jì)、對環(huán)境無害的綠色能源利用方式。它運行時無噪聲，可靠、持久，供熱/ 制冷效果好，舒適感好，是一種值得推廣的能源利用新技術(shù)。安裝過程如下：

3.1 鉆孔

直埋式地源熱泵需要用鉆機(jī)進(jìn)行施工，要求鉆機(jī)的鉆進(jìn)深度達(dá)到150～200m，鉆頭的直徑根據(jù)需要在100～150mm之間。成孔時，要求最后上返泥漿的密度1108g/cm3左右，且泥漿中基本不含砂粒。

3.2 灌注

注漿是為了填充U型管與鉆孔孔壁間的間隙，使其具有更好的傳熱性能。填充材料的選擇決定了傳熱率的大小，選擇一種熱阻抗比較小的材料，是提高整個系統(tǒng)效率的有效途徑。美國、加拿大、日本等國的觀點認(rèn)為，最好是把鉆孔所取出的巖土體進(jìn)行回填，但是這在工程上實現(xiàn)起來比較困難，所以一般選用特殊物質(zhì)制成的專門的灌注材料。注漿時，必須保證注漿的連續(xù)性，否則會降低傳熱效果，影響工程質(zhì)量。

4 結(jié)束語

在我國，從90年代起，就興起了地?zé)嶂苯永玫母叱保绕湓诟呔暥群涞娜保|北、華北、西北）地區(qū)，加大了以地?zé)峁┡癁橹鞯拈_發(fā)力度。這項工作的開展不僅減少了大量有害物質(zhì)的排放，而且還能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用熱泵技術(shù)等多種形式進(jìn)行示范工程并逐漸推廣。東南沿海地區(qū)在發(fā)展旅游業(yè)的同時利用地?zé)徇M(jìn)行制冷和烘干。需要特別加以指出的是隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展和采用，中低溫?zé)崴谌珖詮?qiáng)勁勢頭向規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化方向健康發(fā)展。

如今能源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“指南針”。國際能源專家普遍認(rèn)為，新能源和可再生能源是21世紀(jì)將得到快速發(fā)展的能源。我國地?zé)豳Y源豐富，應(yīng)該抓住這一良遇，加速地?zé)岬拈_發(fā)，為我國可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。

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