浅析地源热泵在暖通空调设计中的应用

来源:   2019-06-18 11:47:56

摘要:城市化进程的加快,带动了建筑行业的飞速发展,人们对于建筑内部空间提出了更高的要求,暖通空调系统逐渐得到了广泛应用。但是,空调机的大量使用,不仅对自然环境造成了巨大的破坏,而且需要消耗大量的能源,在当前可持续发展理念背景下,对暖通空调进行合理设计,实现节能环保目标,是非常必要的。地源热泵的应用,可以在满足建筑实际需求的同时,实现节能减排的目标,因此得到了相关设计人员的重视。

暖通空调主要包括了采暖、通风和空气调节三个方面的功能,做好暖通空调系统的设计,需要应用热力学、流体力学和流体机械等方面的专业知识,应该得到设计人员的充分重视。地源热泵凭借自身良好的性能,逐渐成为暖通空调设计的一种发展趋势。本文结合地源热泵的特点,对其在暖通空调设计中的应用进行了分析和探讨。

1、地源热泵的特点

从概念方面分析,地源热泵是一种利用浅层地热能源(地下水、土壤、地表水等的能量),实现制冷或者供热的高效节能系统。在实际应用方面,是指将传统空调系统中的蒸发器或者冷凝器埋入地下,利用中间介质,在相对封闭的环路中,经过大地进行循环流动,从而实现与大地的热交换,达到制冷、供热或者调解空气的目的。与普通空调系统相比,地源热泵的热能主要来自大地,因此可以有效减少对于能源的消耗。地源热泵的特点主要体现在以下几个方面:

(1)清洁性:电力是地源热泵运行的重要保障,而地源热泵系统在实际应用过程中,由于热量主要来自大地中的热能,因此不存在燃烧放热的过程,可以有效减少对于周边自然环境的影响和污染。同时,在相对成熟的技术支撑下,地源热泵系统不需要配置相应的冷却塔装置和外挂机设备,因此在热能的排放过程中,同样不会对周边环境造成影响。

(2)能效性:从目前的技术发展情况看,地源热泵系统在实际运行过程中,对于能源的利用效率极高,例如,在冬季气候状态下,可以将室内的温度维持在12-22℃的范围内,明显高于常规状态的环境空气温度。而在供热过程中,可以显著提升热泵在循环状态下的蒸发温度,对于提升整个地源热泵系统的能效比是非常重要的。

(3)经济性:与普通空调系统相比,地源热泵系统中的冷却系统冷凝温度更低,制冷效果较传统的冷却塔式系统和风冷式系统更好。相关实践数据显示,在地源热泵系统中,空调的供热和制冷运行费用能够减少30%-40%。不仅如此,与一般的锅炉供热、电能供热系统相比,地源热泵系统虽然也需要依靠电能运行,但是能耗极小,经济性优势非常突出。

(4)可靠性:在地源热泵系统中,对于系统的管理和控制全部都是由计算机进行的,可以有效保证系统在多工况运行状态下的稳定性和可靠性。同时,管理人员还可以通过远程控制的方式,对地源热泵系统进行控制和调节。

(5)稳定性:地源热泵系统可以在任何环境因素的作用下,确保热源温度的稳定性,将其控制在10-25℃的温度区间内,制冷和供热系统也可以维持在3.5-4.4之间,与普通的中央空调系统相比,具有更高的稳定性。

2、地源热泵在暖通空调设计中的应用

在经济发展的带动下,人们的生活水平不断提高,对于自身的生活和工作环境提出了更高的要求,暖通空调系统也因此得到了日益广泛的应用和普及,可以通过对室内温度和空气的调节,为人们提供更加舒适的室内空间,因此,做好暖通空调设计工作,是室内设计的重点和关键。作为暖通空调的重要组成部分,地源热泵根据地热能交换形式的不同,可以分为三种,这里分别对其在暖通空调设计中的应用进行分析。

2.1大地耦合热泵

大地耦合热泵也称土壤热交换器地源热泵,是指以地表浅层的土壤作为热源或者热汇,将耦合式地热交换器以水平方式,放置在预设地沟内,或者以U型管的方式放置在竖井内,并于建筑内部的水环路保护相互连接。与传统空气热泵相比,大地耦合热泵的优势主要体现在几个方面,一是一定深度的地下土壤温度波动相对较小,而且对于地表空气温度的波动具有延迟和和衰减的作用,更适合作为热泵的热源和热汇,能够有效保�C系统的高效运行;二是以土壤作为热源和热汇,不需要额外设置相应的冷却塔和锅炉,可以减少系统对于环境的污染;三是可以实现与太阳能集热装置的有机结合,通过土壤的蓄热和放热,实现更好的供热和制冷效果。在实际应用中,一方面,应该对地下土壤换热系统的类型进行选择。在当前技术条件下,从埋管模式分析,可以分为垂直型和水平型,需要设计人员根据建筑的实际情况进行合理选择,一般情况下多采用垂直型埋管模式;另一方面,应该地下换热器管材进行选择。由于管材需要埋设在地下,因此,从地源热泵系统运行的可靠性和稳定性出发,应该确保管材具备良好的耐腐蚀性和化学稳定性,同时具备一定的强度和韧度,还必须对成本进行控制。综合考虑各方面的需求,可以优先考虑高密度PE管材进行地源热泵系统的建设

2.2地下水热泵

地下水热泵系统是指将地下水接入系统的热泵机组中,利用地下深井水水温相对稳定的特点,实现热量的交换。其优势在于,占地面积小,效果显著,而且如果设计合理,几乎不需要进行维护,不会产生维护费用,同时技术相对成熟,施工简单。不过需要注意的是,在抽取地下水之后,需要及时进行回灌工作,避免对区域生态环境和地理环境造成负面影响;另外,在土壤内埋设大量的井水传输管道,可能会引发局部性的管道腐蚀问题。因此,地下水热泵的形式在当前技术条件下,一般都是作为暖通空调的辅助项目,并不常用。

2.3地表水热泵

地表水热泵系统与地下水热泵系统相似,不过是由潜在水面以下的塑料管道构成的,这部分塑料管道在构成形式上表现为多重并联模式,在运行过程中所形成的地下水热交换器,可以在一定程度上取代土壤热交换系统。在暖通空调系统的设计中,地表水热泵系统需要通过管道与建筑进行连接,以确保系统运行的稳定性和可靠性。同时,需要充分考虑建筑所处区域的环境差异性,对管道和设备进行相应的防冻处理或防潮处理,避免气候因素对于系统的影响和破坏。

总之,在建筑行业飞速发展的带动下,暖通空调设计成为建筑设计的重要组成部分,直接影响着室内环境的舒适度。对此,相关设计人员应该充分重视起来,顺应节能减排的号召,在暖通空调设计中应用地源热泵系统,在保证系统功能正常发挥的基础上,尽量减少对于环境的污染和影响,推动我国建筑行业的健康发展。

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