如何在建筑中應(yīng)用地源熱泵式中央空調(diào)

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)峻的能源危機(jī)，人們開(kāi)始意識(shí)到僅僅靠現(xiàn)有的能源已經(jīng)不能滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)需求了，因此人們開(kāi)始對(duì)新的能源進(jìn)行研究以及開(kāi)發(fā)利用，地?zé)峋褪墙陙?lái)開(kāi)發(fā)的新的能源，而地源熱泵式的中央空調(diào)就是利用了這種淺層地?zé)徇M(jìn)行冷熱供應(yīng)的可再生無(wú)污染技術(shù)的溫度調(diào)控系統(tǒng)。文章就此種系統(tǒng)從其原理、技術(shù)以及優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)生背景等方面做了充分的研究以及分析，闡述其所具有的節(jié)能低碳、環(huán)保安全的優(yōu)勢(shì)，以對(duì)此類(lèi)環(huán)保型空調(diào)進(jìn)行應(yīng)用的推廣。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；地?zé)幔荒茉矗还?jié)能；環(huán)保

引言

地?zé)岬睦迷诋?dāng)今社會(huì)已經(jīng)成為了能源研究以及開(kāi)發(fā)利用的新課題，地?zé)崮茉吹闹饕攸c(diǎn)就是可再生且無(wú)污染，而地源熱泵式的中央空調(diào)在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時(shí)又體現(xiàn)了其所具有的靈活舒適以及節(jié)能環(huán)保的特性。所謂的地源熱泵實(shí)則就是通過(guò)在地下進(jìn)行管道的埋設(shè)，用以吸收土壤以及地下水中的能量。這種利用主要就是基于淺層土壤以及地下水的溫度穩(wěn)定，且溫度較高，不會(huì)受到外界的環(huán)境影響，因此冬季制熱以及夏季制冷，較之其他的熱源熱泵的能效上都要具有優(yōu)勢(shì)。這些的前提都需要管道的埋設(shè)即要有足夠的地方進(jìn)行冷熱交換的裝置安裝，或者是政府允許對(duì)地下水進(jìn)行抽取，若是允許就應(yīng)當(dāng)選擇此種溫度調(diào)控系統(tǒng)。

1 工作原理

地?zé)岜脤?shí)質(zhì)上是通過(guò)對(duì)土壤蓄溫作用進(jìn)行的利用，然后進(jìn)行熱交換的一種工程技術(shù)，通過(guò)少量的電能，將熱泵原理進(jìn)行發(fā)揮，蓄熱以及蓄冷能力的特征就決定了可以通過(guò)物理熱力學(xué)對(duì)交換后的熱能進(jìn)行循環(huán)，這就完成了對(duì)于土壤熱量或者是地下水的利用，供應(yīng)建筑的溫度調(diào)節(jié)就是通過(guò)地下水以及建筑四周的管道進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

此種空調(diào)系統(tǒng)在組成上主要是分為了三大部分，首先，是換熱系統(tǒng)，負(fù)責(zé)進(jìn)行熱交換；其次是水源熱泵的機(jī)組系統(tǒng)，負(fù)責(zé)進(jìn)行對(duì)換熱后的介質(zhì)進(jìn)行流轉(zhuǎn)；最后則是室內(nèi)的末端。而水源熱泵的機(jī)組又主分為兩種形式：首先是水水型，其次則是水空氣型。而三大部分之間就是通過(guò)了熱介質(zhì)用以進(jìn)行熱量的交換傳遞，水源熱泵顧名思義就是通過(guò)水作為介質(zhì)進(jìn)行和地能的熱交換，而對(duì)于其他兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)，介質(zhì)可以是水也可以是空氣。

工作原理是：對(duì)于地源熱泵的制冷功能實(shí)質(zhì)上就是一種氣液轉(zhuǎn)化循環(huán)，熱泵利用了機(jī)組壓縮機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換媒介做功，以實(shí)現(xiàn)形態(tài)轉(zhuǎn)換，當(dāng)然，這些都是建立在地下的低溫環(huán)境下的。現(xiàn)實(shí)室內(nèi)的循環(huán)過(guò)程，首先是空氣熱交換器對(duì)吸收了室內(nèi)空氣熱量的冷媒進(jìn)行冷凝處理，冷媒流經(jīng)水熱交換器時(shí)在對(duì)循環(huán)匯總的冷媒進(jìn)行冷凝，后循環(huán)水路就會(huì)對(duì)冷媒中的熱量進(jìn)行吸收。之后循環(huán)水路繼續(xù)流通，至室外的地下，通過(guò)換熱系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)移，即和地下土壤或者是水進(jìn)行熱交換。而室內(nèi)空調(diào)的工作原理就是在冷媒流通三大部分的時(shí)候不斷的將熱量轉(zhuǎn)移到地下后通過(guò)空氣熱交換器即室內(nèi)末端將交換后的空氣送至房間內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度、制冷的目的。相比較普通的制冷空調(diào)，地?zé)崮艿目照{(diào)只是進(jìn)行了冷凝器中的冷媒和室內(nèi)環(huán)境以及地下環(huán)境進(jìn)行熱交換，因此能源耗費(fèi)上可以節(jié)省一半以上。對(duì)于冬季供熱，則是通過(guò)地下的管道對(duì)地下熱能進(jìn)行吸取，通過(guò)熱媒進(jìn)行循環(huán)，通過(guò)熱泵壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)，以此為用戶(hù)提供熱能滿(mǎn)足室內(nèi)的溫度熱量需求。而且根據(jù)交換形式的區(qū)別地源熱泵在系統(tǒng)上可以分成三種，首先是地下水的地源熱泵其次是地表水的地源熱泵，最后是地埋管的地源熱泵。

2 優(yōu)點(diǎn)

2.1 地能，指的是土壤、地下水以及河流湖泊能夠吸收和存儲(chǔ)太陽(yáng)能以及地?zé)崮芎笏哂械囊环N低溫位的熱能。地?zé)峥梢哉f(shuō)是一種無(wú)限可再生的能源，因?yàn)樯疃刃∮谒陌倜椎臏\層地表實(shí)在可以看做是一個(gè)太陽(yáng)能的吸收集熱裝置，其對(duì)太陽(yáng)能的吸收達(dá)到了47%相當(dāng)于人類(lèi)每年消耗的能量的五百余倍，并且只要是存在地表的地方就可以收集，不受到地域限制以及資源限制，是一種真正的可再生清潔能源。可以說(shuō)其儲(chǔ)量是無(wú)限的，因此地源熱泵技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)的需求的真正的滿(mǎn)足技術(shù)。其利用了淺層地表作為溫度源，將其能量應(yīng)用于室內(nèi)溫度的調(diào)控中。

2.2 地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的低碳節(jié)能技術(shù)

地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶(hù)30～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

2.3 地源熱泵環(huán)境效益顯著

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠(chǎng)車(chē)間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。據(jù)測(cè)算，若安裝地源熱泵40萬(wàn)臺(tái)，和采用“化石能源”比，相當(dāng)于降低溫室氣體排放100萬(wàn)噸，和50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染排放物。同時(shí)，熱泵空調(diào)在每個(gè)房間都有單獨(dú)的能量分配器，可以自主調(diào)節(jié)溫度。

3 地源熱泵室外地埋管系統(tǒng)安裝

地源熱泵室外地埋管一般選用垂直埋管方式，也叫直埋式。直埋式地源熱泵施工時(shí)所需場(chǎng)地小，節(jié)省建筑空間，是一種經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境無(wú)害的綠色能源利用方式。它運(yùn)行時(shí)無(wú)噪聲，可靠、持久，供熱/ 制冷效果好，舒適感好，是一種值得推廣的能源利用新技術(shù)。安裝過(guò)程如下：

3.1 鉆孔

直埋式地源熱泵需要用鉆機(jī)進(jìn)行施工，要求鉆機(jī)的鉆進(jìn)深度達(dá)到150～200m，鉆頭的直徑根據(jù)需要在100～150mm之間。成孔時(shí)，要求最后上返泥漿的密度1108g/cm3左右，且泥漿中基本不含砂粒。

3.2 灌注

注漿是為了填充U型管與鉆孔孔壁間的間隙，使其具有更好的傳熱性能。填充材料的選擇決定了傳熱率的大小，選擇一種熱阻抗比較小的材料，是提高整個(gè)系統(tǒng)效率的有效途徑。美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，最好是把鉆孔所取出的巖土體進(jìn)行回填，但是這在工程上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，所以一般選用特殊物質(zhì)制成的專(zhuān)門(mén)的灌注材料。注漿時(shí)，必須保證注漿的連續(xù)性，否則會(huì)降低傳熱效果，影響工程質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)，從90年代起，就興起了地?zé)嶂苯永玫母叱保绕湓诟呔暥群涞娜保|北、華北、西北）地區(qū)，加大了以地?zé)峁┡癁橹鞯拈_(kāi)發(fā)力度。這項(xiàng)工作的開(kāi)展不僅減少了大量有害物質(zhì)的排放，而且還能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用熱泵技術(shù)等多種形式進(jìn)行示范工程并逐漸推廣。東南沿海地區(qū)在發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)利用地?zé)徇M(jìn)行制冷和烘干。需要特別加以指出的是隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展和采用，中低溫?zé)崴谌珖?guó)正以強(qiáng)勁勢(shì)頭向規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化方向健康發(fā)展。

如今能源成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“指南針”。國(guó)際能源專(zhuān)家普遍認(rèn)為，新能源和可再生能源是21世紀(jì)將得到快速發(fā)展的能源。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，應(yīng)該抓住這一良遇，加速地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)，為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李麗華.地?zé)岵膳c傳統(tǒng)采暖的優(yōu)劣分析[J].現(xiàn)代物業(yè)，2007，（15）.

[2]楊少海，苗青.淺談地?zé)岵膳痆J].山西建筑，2009，（25）.

[3]于文濤.地?zé)峁┡绞教攸c(diǎn)分析[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2009.