太陽(yáng)能+地源熱泵暖通空調(diào)新技術(shù)探討

余根 楊會(huì)亮 胡宗滔 范賀鵬 李鵬

摘 ?要：地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中會(huì)存在地?zé)釗Q熱器所吸收熱量和所釋放熱量不均衡的問題。比如，北方的冬季比較寒冷，使用地?zé)釗Q熱器的時(shí)候，通常設(shè)備從大地中多提取的熱量要更多一些，而夏季將熱量釋放到大地中則相對(duì)比較少。南方的情況則正好與北方反之。地下溫度場(chǎng)不是恒定的，而是不斷地變化的，地源熱泵系統(tǒng)所具備的性能會(huì)因此下降。對(duì)于這種冷熱不均衡的問題，通過運(yùn)行復(fù)合低溫源地源熱泵系統(tǒng)就可以有效解決。該系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛關(guān)注，要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有效應(yīng)用，更好地發(fā)揮其作用，同時(shí)確保系統(tǒng)的有效性，就需要對(duì)該系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)深入研究。本論文著重于研究太陽(yáng)能+地源熱泵暖通空調(diào)新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;地源熱泵;暖通空調(diào);新技術(shù)

引言：

現(xiàn)在人們都意識(shí)到能源大量消耗以及環(huán)境污染所帶來的不良后果，因此普遍環(huán)保意識(shí)比較強(qiáng)，而且還樹立了節(jié)能意識(shí)，希望生活簡(jiǎn)單健康，并能夠提高生活質(zhì)量[1]。中國(guó)走低碳環(huán)保發(fā)展道路，并在全社會(huì)范圍內(nèi)大力宣傳，讓人們覺到人類所依賴于地球生存，如果地球的資源枯竭了，人類的就無法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這就需要減少不可再生資源的開發(fā)，積極探索和開發(fā)可再生能源。暖通空調(diào)技術(shù)就是在這樣的節(jié)能環(huán)保環(huán)境中應(yīng)運(yùn)而生的，通過強(qiáng)化新技術(shù)的研究，投入到應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，讓人們真正意義地過上低碳生活，用綠色環(huán)保理念指導(dǎo)自己的衣食住行。暖通空調(diào)技術(shù)開發(fā)的路徑不斷擴(kuò)展，對(duì)于新技術(shù)的應(yīng)用模式也實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，在應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合使用地源熱泵，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)暖通空調(diào)所存在的不足，資源消耗大幅度降低，綠色環(huán)保節(jié)能的思想充分體現(xiàn)出來[2]。本文研究太陽(yáng)能結(jié)合使用地源熱泵暖通空調(diào)創(chuàng)新技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)于太陽(yáng)能和地源熱泵的概念性內(nèi)容予以闡述，指出系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新性以及所具備的特點(diǎn)，提出空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

一、太陽(yáng)能+地源熱泵的基本介紹

（一）太陽(yáng)能的基本介紹

太陽(yáng)能是太陽(yáng)所釋放的熱輻射能，表現(xiàn)為太陽(yáng)對(duì)光線。太陽(yáng)向地球輻射的能量非常大，有巨大的應(yīng)用潛力。平均每年地球所使用的太陽(yáng)能還不足1%，可見，太陽(yáng)能源源不斷地供給，人類就可以持續(xù)使用。太陽(yáng)能是可再生能源，也是清潔能源，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用太陽(yáng)能，使得太陽(yáng)能為熱水器提供能源[3]。在人類使用的能源中，太陽(yáng)能是主要的部分，如果沒有太陽(yáng)能，人類就很難生存下去，所以，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中將太陽(yáng)能充分利用起來是非常必要的，通過光熱轉(zhuǎn)換，發(fā)揮其熱效應(yīng)，更好地為人類服務(wù)。

（二）地源熱泵的基本介紹

地源熱泵本身是廣義的概念，涵蓋土壤中的熱源、地下水中的熱源和地表水中的熱源，這些熱源構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，采用技術(shù)手段充分利用，實(shí)現(xiàn)價(jià)值的最大化。地源熱泵運(yùn)行的過程中，通過運(yùn)行機(jī)械蒸汽壓縮—制冷系統(tǒng)就可以推進(jìn)熱源的循環(huán)運(yùn)行，滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，可以從地表層排出熱量，也可以從地表層吸收熱量，排出和吸收的熱量值，是由地表層內(nèi)部和外部的溫度差所決定的，由此可以起到節(jié)省能源的效果。地源熱泵系統(tǒng)是智能化操作的，不需要人為控制就能夠自動(dòng)運(yùn)行，而且對(duì)于熱量智能識(shí)別，操作上自動(dòng)轉(zhuǎn)換。從地源熱泵的構(gòu)成上來看，主要包括四種系統(tǒng)：第一種系統(tǒng)是地表水地源熱泵系統(tǒng);第二種系統(tǒng)是水平地埋管土壤地源熱泵系統(tǒng);第三種系統(tǒng)是地下水地源熱泵系統(tǒng);第四種系統(tǒng)是垂直地埋管土壤地源熱泵系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)都有各自的作用，但是熱泵在運(yùn)行的過程中則互相之間產(chǎn)生影響，通過互相作用發(fā)揮熱泵的價(jià)值[4]。

二、太陽(yáng)能+地源熱泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于太陽(yáng)能和地源熱泵的基本介紹，明確當(dāng)前應(yīng)用該熱泵系統(tǒng)，可以避免資源浪費(fèi)，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，可以起到節(jié)能、環(huán)保的效果。所以，對(duì)于該種熱泵的設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步強(qiáng)化，更好地發(fā)揮空氣調(diào)節(jié)作用。

（一）太陽(yáng)能+地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成

從太陽(yáng)能+地源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成上來看，主要包括蓄熱水箱、太陽(yáng)能集熱器、熱泵機(jī)組和地?zé)釗Q熱器，除此之外，還包括各種附屬設(shè)備。在熱泵系統(tǒng)的終端是地板輻射空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)熱泵運(yùn)行的過程中，就要將熱能傳輸給空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)釋放能量，調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度[5]。（圖1：太陽(yáng)能+地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行原理）

圖1中， a表示蓄熱水箱;

b表示太陽(yáng)能集熱器;

c表示系統(tǒng)分水器;

d表示系統(tǒng)集水器;

A表示熱泵機(jī)組;

B表示太陽(yáng)能集熱系統(tǒng);

C表示地源熱泵系統(tǒng);

D表示地板輻射空調(diào)系統(tǒng);

g表示地板系統(tǒng)分水器;

f表示地板系統(tǒng)集水器

h表示室內(nèi)地板盤管;

en表示地?zé)釗Q熱器;

p1， p2， p3表示循環(huán)水系統(tǒng)（中水系統(tǒng)）。

（二）下水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)叵滤牧砍渥悖宜|(zhì)沒有受到污染，就可以進(jìn)行開采，這需要當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)部門按照規(guī)定允許開采，就可以設(shè)計(jì)該系統(tǒng)了。在設(shè)計(jì)之前要做好現(xiàn)場(chǎng)勘察工作，根據(jù)勘察的結(jié)果設(shè)計(jì)熱泵系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的過程中需要遵循如下的原則：

其一，對(duì)于水井流量所提出的要求是所獲得的熱量最大值和釋放熱量的最大值都要通過計(jì)算加以確定[6]。

其二，地下水系統(tǒng)所使用的熱交換器要使用304號(hào)不銹鋼作為主要的材料，實(shí)現(xiàn)水井水與建筑物循環(huán)水之間的熱交換。

其三，熱泵要設(shè)計(jì)為一個(gè)開放系統(tǒng)。為了避免能耗大，為低層結(jié)構(gòu)建筑供熱是比較好的。

（三）地表水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如果有地表水可以用用可以有地下水可以開發(fā)利用，就可以使用這種熱泵系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要遵循如下的原則。

其一，在開發(fā)商業(yè)建筑和公用建筑的時(shí)候，都需要面對(duì)排水問題，需要設(shè)計(jì)“反射”池是非常必要的，這樣就會(huì)有大量的水產(chǎn)生[7]。

其二，如果不收建筑高度局限，之喲啊水的表面積適應(yīng)水的深度和熱負(fù)荷就可以采用這種熱泵。

三、系統(tǒng)蓄能的因素

系統(tǒng)蓄能的因素比較多，這是由于管道逐漸的距離增大了，鉆孔壁溫度也會(huì)有所增加;隨著鉆孔深度的增加，鉆孔壁的溫度也會(huì)有所增加。

其一，由于管道逐漸的距離增大了，鉆孔壁溫度有所增加，是因?yàn)槁窆苤g的距離對(duì)有效蓄能體產(chǎn)生的總熱容量起到了決定性的作用，隨著管道之間的距離增大，對(duì)于蓄冷是非常有利的，但是管道之間的距離增大了，系統(tǒng)的冷量傳遞過程中所產(chǎn)生的損失也會(huì)增加，同時(shí)也增加了墊層冷量的損失。所以，在設(shè)計(jì)中選擇間距比較小的埋管，對(duì)于提高系統(tǒng)蓄能效率非常有利。

其二，隨著鉆孔深度的增加，鉆孔壁的溫度也會(huì)有所增加，當(dāng)鉆孔壁的溫度已經(jīng)達(dá)到12攝氏度的時(shí)候，鉆孔壁的溫度即為3.9攝氏度，當(dāng)鉆孔達(dá)到80米的深度的時(shí)候，鉆孔壁溫度則是1.1攝氏度。鉆孔深度增加了，鉆孔壁的溫度也會(huì)相應(yīng)地增加，由此獲得良好的蓄能效果。所以，鉆孔深度決定了地源熱泵的效率。如果單井的井深很大的時(shí)候，增加深度，土壤溫度也會(huì)相應(yīng)地增加，從而增加了埋管與土壤的換熱能力，當(dāng)然，這項(xiàng)操作會(huì)增加工程資金投入[8]。如果鉆孔不是很度，埋管與土壤的換熱不能有效實(shí)施，而且埋管占很大的面積較大，進(jìn)出口水的溫度不會(huì)產(chǎn)生很大的變化，系統(tǒng)所發(fā)揮的作用就會(huì)受到局限。所以，鉆孔深度要合理。

結(jié)束語(yǔ)：

通過上面的研究可以明確，中國(guó)倡導(dǎo)綠色環(huán)保、節(jié)能減排，鑒于傳統(tǒng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)能源消耗量大，就需要在技術(shù)上予以創(chuàng)新，太陽(yáng)能+地源熱泵的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了太陽(yáng)能和地源，這些都是可再生能源，可以避免大量再生能源的消耗，使得實(shí)現(xiàn)熱源的充分利用，特別是太陽(yáng)能的利用實(shí)現(xiàn)了最大化。在對(duì)這種暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用于冬季采暖的時(shí)候，要從實(shí)際出發(fā)控制供水溫度，對(duì)設(shè)備所具備的供熱能力予以校核。應(yīng)用地下水的時(shí)候要使用要保證管路的封閉狀態(tài)良好，避免產(chǎn)生滲漏造成污染。另外，還需要了對(duì)熱泵采取必要的防凍措施，保證暖通空調(diào)節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，其功能得以充分發(fā)揮。

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作者介紹：

余根（1988.01.30）男，漢族，安徽六安人，碩士學(xué)歷，工程師，單位：合肥美的暖通設(shè)備有限公司。