淺談夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能適度技術(shù)應(yīng)用

摘要：以地源熱泵系統(tǒng)在夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能適度技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時(shí)也對(duì)混凝土小型空心砌塊在墻體保溫方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析，兩者分別結(jié)合建筑設(shè)計(jì)提出了對(duì)應(yīng)的應(yīng)用原則。

關(guān)鍵詞：夏熱冬暖地區(qū)；空心砌塊；地源熱泵；原則

1 地源熱泵技術(shù)

對(duì)熱泵的狹義定義就是指“那些能夠通過(guò)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷設(shè)備”。但是，根據(jù)對(duì)具體的工程實(shí)踐以及多個(gè)施工項(xiàng)目的工作積累，筆者認(rèn)為“地源熱泵”的概念要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該限制。根據(jù)地源熱泵的工作原理可以將地源熱泵分為這樣兩類(lèi)：其一，將傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的冷凝器向地下延伸，與大地進(jìn)行人熱交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱交換介質(zhì)的相變目的。當(dāng)前廣泛使用的一種地?zé)嵩礋岜镁褪沁@種類(lèi)型的熱泵。其二，就是通過(guò)液態(tài)熱交換介質(zhì)的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了土壤熱源和室內(nèi)空氣的熱量交換。

上述兩種熱泵系統(tǒng)都是依靠土壤和地下水的熱穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的。由于一定深度范圍當(dāng)中土壤的溫度在季節(jié)變化的過(guò)程中變動(dòng)的幅度并不大，相對(duì)空氣而言將十分的小，且夏季溫度低于大氣，冬季又高于大氣，基本與當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁乇３忠恢隆?/p>

總的來(lái)講，地源熱泵系統(tǒng)是一種將傳統(tǒng)熱泵冷凝器以及蒸發(fā)器延伸到地下，且能夠和淺層巖土以及地下水進(jìn)行熱交換；或者說(shuō)是一種通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)在一個(gè)封閉的循環(huán)路徑當(dāng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)地表層以及建筑物內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行熱交換的一種建筑節(jié)能技術(shù)與措施。

1.1 第一類(lèi)地源熱泵系統(tǒng)

該類(lèi)型的地源熱泵主要包括地下水熱泵以及地埋熱泵兩種基本的類(lèi)型。兩種熱泵都是采用了將傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)中的冷凝器(蒸發(fā)器)向地下延伸的方式實(shí)現(xiàn)熱量的交換。

其中，地下水熱泵屬于一種開(kāi)放式的熱泵系統(tǒng)，它將地下水中的熱量進(jìn)行交換。這種熱泵需要開(kāi)設(shè)80～600m深的地下深井，將處于地下水層的水開(kāi)采出來(lái)。在夏季可以作為冷凝器當(dāng)中熱量交換用到的冷卻水源，而在冬季則可以作為蒸發(fā)器中的熱水源。在利用的過(guò)程中，為了能夠有效的防止地面出現(xiàn)沉降，機(jī)組在抽取地下水時(shí)還應(yīng)該向該地下水層中回灌同樣量的水。從這個(gè)條件來(lái)看，使用該套系統(tǒng)設(shè)備的建筑物所處的環(huán)境應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的水文要求。

由于在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于回灌水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于抽水量，該系統(tǒng)在使用過(guò)程中容易造成水資源的浪費(fèi)。而且設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中由于需要抽取地下水，這就不可避免的對(duì)受到鐵銹、管網(wǎng)污垢等污染，再次回灌到地下水層之后容易對(duì)地下水造成污染。

而地埋管熱泵屬于一種封閉式的熱泵系統(tǒng)，它通過(guò)在土壤中設(shè)立水平或者是豎直方向的管道實(shí)現(xiàn)和土壤進(jìn)行熱交換。首先在土壤的井孔當(dāng)中埋設(shè)PE管，之后將PE管和熱泵機(jī)房進(jìn)行連接，然后將水注入到PE管中進(jìn)行封閉式的閉路循環(huán)，通過(guò)PE管來(lái)與地層中的巖土進(jìn)行熱量交換。因?yàn)檫@種地埋管熱泵能夠達(dá)到與地下水熱泵相同的熱交換效果，而且基本不會(huì)對(duì)地下水資源造成危害，因此國(guó)際地源熱泵協(xié)會(huì)極力推廣該種熱泵系統(tǒng)。

1.2 第二類(lèi)地源熱泵系統(tǒng)

該類(lèi)型的地源熱泵和第一類(lèi)地源熱泵系統(tǒng)不同，其實(shí)際上已經(jīng)不包含有傳統(tǒng)意義之上的“熱泵”含義，而僅僅只是指一個(gè)相對(duì)單純的封閉式的熱介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。將熱交換器埋設(shè)在地下，然后在其中加入液態(tài)的導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行熱量循環(huán)，在冬季將土壤中的熱量輸入到室內(nèi)進(jìn)行采暖，這時(shí)的土壤是作為整個(gè)系統(tǒng)中的“熱源”。；在夏季則將室內(nèi)的熱量向土壤中轉(zhuǎn)移，這時(shí)的土壤是作為整個(gè)系統(tǒng)的“冷源”而存在的。在建成之后只需要給水泵提供對(duì)應(yīng)的電力支持就可以，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能。與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比，其節(jié)能量可以達(dá)到近50％，而且在運(yùn)行的過(guò)程中所帶來(lái)的噪聲也極其小，維護(hù)程序和維護(hù)費(fèi)用等也很低。同時(shí)這種系統(tǒng)不存在室外機(jī)組，因此對(duì)建筑的整體觀感不會(huì)造成負(fù)面影響，尤其適宜對(duì)歷史保護(hù)建筑的改造工程。

但是，這種系統(tǒng)也存在一定的局限性，那就是需要預(yù)選埋設(shè)大量的地?zé)針丁Ｒ虼诉@種系統(tǒng)主要應(yīng)用于那些擁有一定的庭院面積的中小型建筑，而對(duì)于那些建筑密度大或則是容積率很高的建筑而言，這種系統(tǒng)并不合適。同時(shí)，該系統(tǒng)的除濕問(wèn)題也需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

2 地源熱泵技術(shù)在夏熱冬熱地區(qū)節(jié)能適度中的應(yīng)用

2.1 地源熱泵技術(shù)在該類(lèi)型地區(qū)的使用具有的優(yōu)勢(shì)

主要包括：其一，該類(lèi)型的地源熱泵系統(tǒng)可以充分的利用地表存在的熱源，與傳統(tǒng)的空氣熱源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，這種熱泵系統(tǒng)具有更加明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，在夏熱冬暖地區(qū)的應(yīng)用尤為明顯；其二，由于冬冷夏熱地區(qū)的土質(zhì)一般屬于淤泥性質(zhì)的土壤，其蓄熱量要比砂質(zhì)土壤明顯增大，而且該中土質(zhì)的熱傳導(dǎo)性很好，在該類(lèi)地區(qū)使用第一類(lèi)地源熱泵當(dāng)中的地埋管式系統(tǒng)或者是第二類(lèi)地源熱泵將具有很高的熱效率；其三，夏熱冬暖地區(qū)的地下水資源相對(duì)較為豐富，而且有利于第一類(lèi)地緣熱泵系統(tǒng)中地下水熱泵系統(tǒng)的使用；其四，這種地源熱泵系統(tǒng)雖然在初始投資方面比傳統(tǒng)的空氣熱源泵的投資大，但是其節(jié)能效果尤為明顯，能夠在建成之后通過(guò)使用費(fèi)用的降低來(lái)實(shí)現(xiàn)使用效益的提高。尤其是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)以及能源供應(yīng)緊張的地區(qū)，采用這種技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 地源熱泵技術(shù)在該類(lèi)型地區(qū)的使用具有的問(wèn)題和不足

在夏熱冬暖地區(qū)使用地源熱泵系統(tǒng)所存在的問(wèn)題和不足主要包括這樣幾個(gè)方面：其一，在該地區(qū)，夏季的特點(diǎn)是“高溫高濕”，假若采用第二類(lèi)地源熱泵系統(tǒng)，將可能導(dǎo)致建筑物內(nèi)的溫度雖然得到了控制，但是濕度卻依然，使得其中的人感覺(jué)到不舒服；其二，處于深層的地下水資源是一種非常寶貴的資源，其自我潔凈的周期是非常長(zhǎng)的，一旦被污染將難以得到有效的恢復(fù)與治理；其三，處于30～300m之間的地下恒溫地層中間的地層并不是那種取之不盡，能夠不斷再生的低溫地?zé)豳Y源。因?yàn)榈貧さ膶?dǎo)熱系數(shù)一般很小，而且熱容量相當(dāng)?shù)拇螅胧沟锰?yáng)光照射的能量或者是地幔中的熱量能夠通過(guò)熱傳遞的方式逐步的傳遞到該層面，其所需要的時(shí)間將是幾十年，甚至是上百年。若在開(kāi)采和使用的過(guò)程中對(duì)之不加節(jié)制，只是單純的連續(xù)向該恒溫帶輸送熱量，而不去考慮進(jìn)行熱量平衡，這將導(dǎo)致該地區(qū)地層的溫度上升，地源熱泵系統(tǒng)的工作效率也將逐步下降。

3 混凝土小型空心砌塊在墻體保溫中的應(yīng)用

隨著小型空心砌塊在建筑墻體中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在建筑物節(jié)能中的應(yīng)用地位得到了逐步的認(rèn)同。當(dāng)前，在夏熱冬暖地區(qū)所采用的外墻保溫材料主要包括：EPS外墻外保溫、XIS外墻外保溫?zé)崃抗?yīng)系統(tǒng)、EPS與混凝土結(jié)合的外墻整體澆筑系統(tǒng)以及膠粉聚苯顆粒等外墻敷設(shè)保溫系統(tǒng)。

小型空心砌塊在使用過(guò)程中由于具有施工簡(jiǎn)單，施工成本相對(duì)較低、節(jié)能效果明顯以及不占用使用空間等方面的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，可以結(jié)合其他的保溫措施進(jìn)行保溫、節(jié)能。例如，采用小型空心砌塊的同時(shí)還采用粘結(jié)EPS板，形成一個(gè)綜合的外墻保溫系統(tǒng)。該種保溫系統(tǒng)集防水、保溫以及裝飾等多種功能于一體，尤其適合夏冷冬暖地區(qū)的住宅建筑對(duì)外墻節(jié)能方面的要求，具有較為廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

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