地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

矯東柯

河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000

目前，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，需要不斷優(yōu)化暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。深入的研究地源熱泵，實(shí)施科學(xué)的設(shè)計(jì)措施，能夠促使地源熱泵在具體的應(yīng)用中收到很好的成效。所以，本文對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的地源熱泵的實(shí)踐進(jìn)行深入的研究，可以促使暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)效果變得更加的明顯。

1 地源熱泵系統(tǒng)概述

所謂的地源熱泵技術(shù)實(shí)際上就是指將地?zé)嶙鳛闊岜醚b置成熱能，進(jìn)而達(dá)到制冷和制暖的功效。此項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)作的過(guò)程中遵循的基本原理是利用少許的能源，促使低溫位的熱源可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高溫位的熱源，冬季的時(shí)候，地埋管換熱器抽出來(lái)其中的熱量，利用熱泵機(jī)組、用戶側(cè)環(huán)路向用戶側(cè)輸送熱量，如此就能夠進(jìn)行供暖了；夏季來(lái)臨的時(shí)候，制冷時(shí)，地埋管換熱環(huán)路會(huì)輸送用戶側(cè)的熱量到地下。

2 地源熱泵系統(tǒng)的主要特征

2.1 清潔性

在具體的運(yùn)行環(huán)節(jié)，地源熱泵系統(tǒng)借助電能作用，把地下或者地表儲(chǔ)存的熱量進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中需要運(yùn)用到的能源，在此環(huán)節(jié)中，由于不用燃燒能源，且不需要進(jìn)行放熱，所以不會(huì)給周圍的環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，除此之外，運(yùn)用地源熱泵技術(shù)就用不上空調(diào)外掛機(jī)，不用排熱，該技術(shù)具備很強(qiáng)的清潔效果。

2.2 能效性

隨著地源熱泵技術(shù)的日益進(jìn)步，目前體系比較健全，就暖通空調(diào)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其能夠使得能源的利用效率得到顯著的提升。比如，在冬季比較寒冷的時(shí)候，采用地源熱泵技術(shù)，能夠促使室內(nèi)的溫度保持在十二度到二十二攝氏度，和原來(lái)的熱量相比較來(lái)說(shuō)要多一些。而且在供熱的環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)中的能源可以得到有效的利用，能夠起到節(jié)約能源的作用。

2.3 穩(wěn)定性

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)用地源熱泵技術(shù)，可以減少暖通空調(diào)系統(tǒng)受到外界的影響，不斷使得室內(nèi)的環(huán)境變得更加的舒適，同時(shí)還能使得能源的消耗得到大幅度的降低。依據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用地源熱泵技術(shù)之后，可以使得建筑的內(nèi)部溫度保持在十?dāng)z氏度到二十五攝氏度之間，制冷系統(tǒng)以及供熱系統(tǒng)也能夠維持在3.5到4.5之間，和傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)相比較來(lái)說(shuō)，更加的穩(wěn)定一些。

3 地源熱泵在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

將地?zé)岜迷醇夹g(shù)應(yīng)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)中，可以使得暖通空調(diào)的外觀看起來(lái)更加的美觀，且設(shè)計(jì)的性能也有明顯的提升。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，應(yīng)用地源熱泵包含下面幾種方式。

3.1 地埋管道與熱泵機(jī)的組合

將熱泵機(jī)和地埋管道相互組合，這種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)便，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)和地埋埋管的實(shí)際位置相互結(jié)合，且嚴(yán)格按照冷卻和熱量負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)的設(shè)置鉆孔之間的距離以及管道的實(shí)際長(zhǎng)度，在計(jì)算開(kāi)槽占地面積的時(shí)候，采用豎直埋管長(zhǎng)度換熱量與最大熱負(fù)荷值進(jìn)行計(jì)算。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要慎重的思考熱泵機(jī)房中的電源的開(kāi)關(guān)位置，這么做的目的是為了今后更好的管控設(shè)備，促使施工作業(yè)能夠順利的開(kāi)展。

3.2 地埋管道與熱泵機(jī)和冷卻塔的結(jié)合

這種方式在我國(guó)的南方地區(qū)運(yùn)用的比較廣泛，因?yàn)槟戏降貐^(qū)內(nèi)夏季和冬季的溫度變化沒(méi)有北方那么明顯，不用將夏季生成的熱能儲(chǔ)存起來(lái)，所以可以借助地埋管道，把冷卻塔和熱泵機(jī)相互組合在一起，促使熱量能夠得到合理的轉(zhuǎn)化。目前，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中運(yùn)用這種組合方式得到了深度的推廣。

4 案例分析

4.1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目占地面積53672m2，總建筑面積15.3萬(wàn)m2。地下2層，A樓寫(xiě)字地上9層、B樓寫(xiě)字樓地上7層、C樓酒店地上10層。

4.2 負(fù)荷計(jì)算

基于《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012，最終確定了地區(qū)各項(xiàng)有關(guān)的室外參數(shù)，與此同時(shí)，明確了室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，完成了全年負(fù)荷計(jì)算。

上述兩類檢查方法對(duì)腸壁增厚的檢出率無(wú)明顯差異，P＞0.05。值得說(shuō)明的是，確診組開(kāi)展B超檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)腹腔積液12例，腸道蠕動(dòng)消失18例，腸蠕動(dòng)速度減慢32例。疑似組腸道蠕動(dòng)減慢24例，腸道蠕動(dòng)消失10例，腹腔積液16例。

4.3 熱平衡計(jì)算及分析

（1）熱平衡計(jì)算

關(guān)于系統(tǒng)的熱平衡狀況無(wú)法僅依靠負(fù)荷進(jìn)行分析，必須通過(guò)對(duì)地埋管冬季從土壤中吸收的熱量，以及其夏季向土壤放出的熱量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算才能得出熱平衡狀況。

夏季向土壤放熱量：

冬季從土壤吸熱量：

式中：Q放為夏季空調(diào)冷負(fù)荷；EER冷為夏季熱泵機(jī)組能效比，本項(xiàng)目取6.0；Q輸送為循環(huán)水在輸送中夏季得到熱量或冬季市區(qū)熱量值；Q水泵指水泵釋放熱量；Q熱指冬季空調(diào)熱負(fù)荷；COP熱指冬季熱泵機(jī)組能效比，本項(xiàng)目取4.8。

（2）工況分析

出于節(jié)約能源的考慮，當(dāng)季節(jié)處于過(guò)渡階段時(shí)，最好不要開(kāi)啟空調(diào)用地源熱泵機(jī)組，與此同時(shí)，注意進(jìn)行好機(jī)械通風(fēng)就可以了。具體而言，地源熱泵機(jī)組使用工況分為冬夏兩季：夏季為制冷，以5-9月為主；冬季為制熱，集中在當(dāng)年12月-次年2月。寫(xiě)字樓每一天的使用時(shí)間是，早8點(diǎn)到晚6點(diǎn)，總計(jì)為十個(gè)小時(shí)；酒店則為全天，即0點(diǎn)至24點(diǎn)。基于此，可以獲得酒店每一個(gè)季度的耗冷量以及耗熱量，即2393629kWh耗冷量，以及1380693kWh耗熱量；寫(xiě)字樓方面，即2615723kWh耗冷量，以及805763kWh耗熱量。事實(shí)是，寫(xiě)字樓之所以無(wú)法維持平衡，根源在于寫(xiě)字樓不需要提供生活熱水。酒店的平衡情況則取決于生活熱水使用情況，通常而言，客源多的情況下酒店的生活熱水使用量就會(huì)增加，那么，就會(huì)從土壤中吸收很多熱量，如果情況相反，即客源少的話，就只能從土壤中吸收很少的熱量。需要說(shuō)明的是，生活熱水的使用量以每日7小時(shí)的使用時(shí)長(zhǎng)為準(zhǔn)。由此，可基于（1）（2）式子對(duì)地源熱泵系統(tǒng)在冬夏兩季的吸熱量以及放熱量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示兩個(gè)季節(jié)的吸放熱情況存在顯著的不平衡率，即52.0%（生活熱水使用7小時(shí)工況）。

（3）熱平衡分析

基于《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，其中的第8.3.4條4款明確到，冬、夏季時(shí)，當(dāng)?shù)卦礋岜孟到y(tǒng)向土壤放、吸熱比值以0.8為最低限，以1.25為最高限。

如果酒店與寫(xiě)字樓向土壤吸、放熱量維持較長(zhǎng)時(shí)間段的話，那么，就會(huì)導(dǎo)致土壤的熱不平衡率達(dá)到較高水平，期間，生活熱水的使用時(shí)長(zhǎng)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。一般情況下，生活熱水使用時(shí)間愈久，那么，土壤就離熱平衡愈近，如若情況相反，則土壤離熱平衡率愈遠(yuǎn)。假使長(zhǎng)期處于這個(gè)工況下，就一定會(huì)造成放熱量比吸熱量要大，由此，每一年的土壤熱堆積都會(huì)高過(guò)上年，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致地源側(cè)出水溫度一年比一年熱，如此一來(lái)，就必須果斷選擇適當(dāng)?shù)耐緩秸{(diào)整土壤溫度。

5 地源熱泵應(yīng)用的注意事項(xiàng)

5.1 檢測(cè)地下巖土熱物性參數(shù)

在設(shè)計(jì)地源熱泵土壤換熱器的過(guò)程中，應(yīng)該高度重視檢測(cè)并分析地下巖土熱物性參數(shù)的工作，需要對(duì)地下巖土熱物性參數(shù)進(jìn)行全方位的檢查，必須達(dá)到正確性，從而杜絕浪費(fèi)現(xiàn)象。不但要詳細(xì)的分析鉆孔取樣，還需要根據(jù)已經(jīng)掌握到的準(zhǔn)確的資料對(duì)導(dǎo)熱的系數(shù)范圍進(jìn)行確立。為使得設(shè)計(jì)更加的可靠，應(yīng)該借助于先進(jìn)的井口測(cè)試設(shè)備，按照一定的工藝確保這些獨(dú)立的單孔換熱器可以在恒流和恒溫?zé)嵩聪到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)順利連接，這個(gè)過(guò)程中，應(yīng)該認(rèn)真記錄下來(lái)運(yùn)行的時(shí)間、進(jìn)出的水溫等等。

5.2 借助外部措施提高換熱能力

倘若暖通空調(diào)系統(tǒng)不具備放置地下?lián)Q熱器的地方，則需要采取一些外部的措施，促使暖通空調(diào)系統(tǒng)的能力能夠有所提升。倘若地下?lián)Q熱器的效能可以達(dá)到冬季的供熱需求，但是卻沒(méi)有達(dá)到夏季的制冷要求時(shí)，這個(gè)時(shí)候可以將冷卻塔裝置在系統(tǒng)中。倘若系統(tǒng)中的冷熱負(fù)荷比較大，則能夠使用地下埋管加冷卻塔方式，不但可以使得系統(tǒng)的基本需求得到最大程度的滿足，還可以極大的節(jié)約了工程造價(jià)。

5.3 結(jié)合實(shí)際情況合理選擇設(shè)備機(jī)組

科學(xué)進(jìn)步促使機(jī)組的種類也越來(lái)越多，市場(chǎng)里充斥著各類機(jī)組，其中不乏個(gè)別質(zhì)量有問(wèn)題的機(jī)組，從而造成了地源熱泵的使用受阻情況。鑒于這種情況，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展工作的時(shí)候，應(yīng)該和暖通空調(diào)系統(tǒng)的要求相結(jié)合，合理的、科學(xué)的選擇地源熱泵所需的機(jī)組，如此才能保證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常的運(yùn)營(yíng)。

5.4 合理管控地源熱泵控制系統(tǒng)

就地源熱泵的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，總計(jì)有三種。第一種，自動(dòng)控制系統(tǒng)方面，一般采用的是自動(dòng)化裝置，不用人為操作就能夠完成。第二種，水池的控制系統(tǒng)。在具體調(diào)控這種系統(tǒng)的時(shí)候，通常來(lái)說(shuō)，自身的水位數(shù)值就是其依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)的數(shù)值與要求相符的時(shí)候，再展開(kāi)下步的工作。第三種，井群控制系統(tǒng)。科學(xué)的監(jiān)督和管理各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，促使系統(tǒng)的功效能夠最大程度的發(fā)揮出來(lái)，使得暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果變得更加的明顯，進(jìn)而使得節(jié)能降耗的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，可以確保土壤內(nèi)的熱量實(shí)現(xiàn)最大化的應(yīng)用。進(jìn)入夏季階段，可以把大量建筑物中的熱量轉(zhuǎn)到地下；進(jìn)入冬季階段，之前存儲(chǔ)于土壤中的熱量可以順利的轉(zhuǎn)到建筑物中。如此一來(lái)，即能夠發(fā)揮暖通空調(diào)的基本功能，同時(shí)，還能夠響應(yīng)我國(guó)的環(huán)保政策。今后，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)時(shí)，對(duì)于分析和研究這項(xiàng)技術(shù)要格外的重視，能夠真正意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于人們的生活水平產(chǎn)生的作用，促使有關(guān)實(shí)施措施充滿科學(xué)性。