暖通空調設計中地源熱泵的運用

■陳 躍 ■太原理工大學建筑設計研究院，山西 太原 030024

隨著科學技術和社會經濟的不斷發展，我國的暖通空調行業也迅猛發展起來，暖通空調開始走進平常百姓家。一直以來，人們對于空調的安全性、可靠性以及舒適性比較重視，所以，暖通空調設計中的地源熱泵推廣和普及也就成為了必然趨勢。然而，地源熱泵的普及也為其使用、檢修和維護帶來了新的更高的挑戰，因此，我們應該加強對其結構原理的認識，普及檢修知識，為其運用以及人們安全舒適的進行生產生活打下良好的基礎。

1 暖通空調設計中的地源熱泵概述

隨著世界科學技術水平的不斷提高，暖通空調技術也逐漸發展起來。最初的暖通空調屬于單一取暖的形式:20 世紀20 年代初美國首先發明了利用冷卻液加熱后發出熱量調節室內的溫度的方法，到20 世紀20 年代已經發展到兼有加熱器、鼓風機等的供熱系統，形成了現代暖通空調系統的雛形，為其發展奠定了基礎。直到今天，在我國的一部分小型低配置空調上還在使用單一的供暖系統。20 世紀30 年代末，日本的某空調公司首次安裝了機械制冷降溫的空調系統，成為暖通空調的崛起者。這種空調系統由于只能起到制冷作用，我們稱之為單一制冷系統。到了20 世紀50 年代，日本的空調公司在朗茨那牌空調上首次安裝了冷暖一體化的空調系統，此時的暖通空調具備了同時調節室內溫度、濕度以及通風、過濾、除霜的作用。這種暖通空調系統是使用量最高最佳的一種系統。20 世紀60 年代以后，由于智能化的迅速發展，自動控制暖通空調出現。冷暖一體化的暖通空調還需要人為的控制，這很明顯在一定程度上把操作復雜化了，同時，控制的效果也不會很理想。1961 年，日本的空調公司在朗茨那牌空調上安裝了自動控制的暖通空調系統，人們只需要提前設置好溫度，暖通空調系統便會進行自動控制和調節，最終達到設置好的溫度。20 世紀70 年代，微機控制空調出現。1974 年，日本的十鈴空調公司研發了通過電腦進行控制的暖通空調系統，1978 年，此系統得到了廣泛應用。由于微機控制空調不僅能控制室內溫度、濕度和通風，還能進行顯示數字化以及部分故障自動化清除，這一進展使得暖通空調技術發展到了一個新的高度。現在的高檔全自動空調系統能夠依照室內環境以及人的最適宜溫濕度自動進行調節，很大程度上提高了空調系統的調節效率和效果。

2 暖通空調設計中地源熱泵的結構原理

地源熱泵主要包括制冷系統、暖風系統、通風系統、除濕系統、加濕系統、空氣過濾系統以及控制系統等。制冷系統的工作原理是先冷卻熱交換器，再冷卻由鼓風機吹進室內的空氣，達到制冷通風的效果。如果室內水分較大，由蒸發器冷卻之后水分會冷凝起來，起到除濕的作用。暖風系統的主要作用是取暖和除霜，地源熱泵是利用地下的熱量提高室內的溫度。通風系統是把室外的新鮮空氣抽進室內，達到通風和換氣的目的。所有地源熱泵的工作原理基本一致，即用人工方法在室內制造盡量使人感到舒適的環境條件。炎熱的天氣采用制冷方法，降低室內溫度。制冷方法多種多樣，室內采用的熱泵制冷方法主要是通過做功進行制冷降溫。而在寒冷的冬天則是利用大地作為熱源的熱泵，為室內提供適宜的溫度。

3 暖通空調設計中地源熱泵的運用

暖通空調設計中地源熱泵包括冷凍水、冷卻水及熱交換器系統、通風及空氣調節系統、中央空調變流量系統三部分。對于冷凍水、冷卻水及熱交換系統的使用應該注意以下幾個方面:在技術水平較高、冷水機組自身控制條件較好的情況下，應該設置冷卻水的出水溫度大于五攝氏度，對空調的運行參數和控制參數進行合理的設定，增多冷水的供應，減小出水溫差，降低冷水流量。通風及地源熱泵系統應該按照之前設置好的時間進行最高最佳的開啟、關閉等節能方法。依照冷卻水的供應、回水的溫差和流量值的規律，隨時對建筑物的實際消耗能量進行調節和控制，調整空調的運行臺數和運行順序。當空調變流量系統采用變速地源熱泵時，供、回水總管上最好不要設置旁通電動閥。當空調水系統末端設備采用電動三通閥時，空調水系統不應設置壓差旁通控制。對于規模不大、電流量浮動較小的室內，應該依照供、回水溫差控制冷水機組的運行臺數和運行順序，控制方法一般為自動控制和手動控制兩種。對于規模比較大、電流量浮動較大、智能化水平要求比較高的建筑，應該優先設置好采用冷卻水機組的運行順序，且在設計時就必須確定空調運行順序控制的邊界條件。冷卻水機組和相關的電器應該有對應的開啟、關閉聯接。空調地源熱泵的運行必須和冷卻水機組相適應，因此，空調地源熱泵的運行順序也可依照冷卻水的流量變化來決定。在安全可靠，經濟允許且節能潛力較大的情況下，對空調的適應性和控制系統方案等進行技術論證后，可以選擇和空調控制系統相結合的變頻控制方法，這種變頻控制方法的頻率和冷水機組的頻率一致。依照供、回冷水溫差控制空調地源熱泵的頻率。對于那些具有緩急性特征曲線的地源熱泵，應該選擇溫差調節方式會比較節能。在空調運行之前，應該對空調地源熱泵的最低頻率進行設置，最低頻率由空調地源熱泵的旋轉速度和冷卻水機組的最小溫差決定。一臺變頻器只能對一臺地源熱泵進行調節，當多臺地源熱泵同時運行時，它們的頻率應該保持一致。空調冷卻水機組的末端應該選擇電動三通閥進行控制。冷水機組的運行臺數的確定與二次水環路的供、回水溫差以及冷水流量的實際需求有關。一類空調地源熱泵的運行臺數選擇和冷卻水機組運行順序的控制方法一致，一般一類空調地源熱泵與冷水機組額開啟和關閉聯結在一起。二類空調地源熱泵的運行臺數選擇應該采用溫差調節方法來確定，但是，空調冷水機組轉換的穩定性和調節幅度會受到限制。根據用戶測定的冷水機組實際流量值與二類空調地源熱泵設定流量值相比較，確定二類空調地源熱泵運行順序。二類空調地源熱泵變速調節擰制采用變速調節控制比采用地源熱泵臺數控制的方法更節能。二類空調地源熱泵變速調節擰制應該采用供、回水壓差或采用系統出口總管壓力信號進行控制。在保證供、回水溫差的同時，也可根據典型立管環路末端最不利處壓差信號進行控制。采用變速調節控制時，其運行地源熱泵的頻率宜相同，并應設置最低頻率，以防止地源熱泵堵轉。二次泵空調水系統的末端應采用電動二通閥進行控制。

4 結語

現階段，隨著社會經濟的的發展，我國的暖通空調安裝率已經達到了百分之百，空調已經成為了人們日常生活的一種最基礎的配件。自發明暖通空調地源熱泵以來，其結構原理和運用一直在不斷的更新和改進，我們應該對相關資料進行綜合歸納，并從更深層次的角度對暖通空調設計中地源熱泵的運用做全面的解析。與此同時，對暖通空調的結構原理等做進一步的詳細說明，為廣大空調用戶提供具有較強的技術知識性、實用性的指導意見。

［1］馮如.暖通空調設計中地源熱泵的運用探究［M］.合肥:合肥工業大學，2013:25.

［2］李曉.淺析暖通空調設計中地源熱泵的運用［M］.合肥:合肥工業大學，2014:124.