智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的實際運用探討

■鄧光勇 ■貴州建工集團有限公司，貴州 貴陽 550001

能源危機和環(huán)境危機是人類當(dāng)前主要面臨的問題，是關(guān)系到人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要問題，建筑在形成、使用的過程中會消耗大量能源，并對環(huán)境造成一定影響，地?zé)崮茉吹某霈F(xiàn)為建筑的能源利用提供了新的思路，智能建筑是當(dāng)今建筑的主要發(fā)展趨勢，智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的實際應(yīng)用探討對于在智能建筑不斷發(fā)展背景下，節(jié)約能源、改善環(huán)境有著重要的意義。

1 地源熱泵系統(tǒng)的特點

地源熱泵系統(tǒng)是一種通過電力做功將土壤中或土壤水中的低品位熱能轉(zhuǎn)化為人們能夠利用的高品位熱能的系統(tǒng)裝置，其主要特點有:①節(jié)能:地源熱泵系統(tǒng)能夠有效的節(jié)約能源;②環(huán)保:地源熱泵系統(tǒng)在工作的過程當(dāng)中不產(chǎn)生廢熱、廢水、廢氣，對環(huán)境起到了較好的保護(hù)作用;③適用性廣:地源熱泵系統(tǒng)的的適應(yīng)范圍比較廣，對環(huán)境的要求較低，在-5-50℃的溫度范圍環(huán)境下均可工作［1］;④安全:地源熱泵系統(tǒng)有著較大的安全性，其在工作的時候?qū)崿F(xiàn)了水電分離，避免了漏電所帶來的安全隱患。

2 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的集成

能源問題是當(dāng)前人類所要面對的主要問題，地?zé)崮苁且环N可再生能源，在利用地源熱泵系統(tǒng)對地?zé)崮苓M(jìn)行轉(zhuǎn)化時，能夠有效的節(jié)約能源，并且十分環(huán)保。智能建筑是當(dāng)今建筑的主要發(fā)展趨勢，其智能化技術(shù)在能源的利用上有著重要的作用，在智能建筑中應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)有著安全、高校、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，所以，智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用有著重要的意義，而要想實現(xiàn)智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，充分發(fā)揮智能建筑的智能化優(yōu)勢，就要將地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行集成。

2.1 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)集成的意義

智能建筑地源熱泵系統(tǒng)集成對地源熱泵系統(tǒng)的有效運行有著重要的意義:(1)實現(xiàn)信息資源共享:智能化地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠提供一個開放的數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對地源熱泵系統(tǒng)運行時各種數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存和管理，實現(xiàn)了信息與資源的共享，提升了整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性;(2)實現(xiàn)聯(lián)動:地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)其與建筑其他智能系統(tǒng)的聯(lián)動，促進(jìn)了地源熱泵系統(tǒng)與智能建筑的融合;(3)提升了運行的穩(wěn)定性:這種集成能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對設(shè)備的實時監(jiān)控，一旦地源熱泵系統(tǒng)運行過程中設(shè)備出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)，縮短了故障發(fā)現(xiàn)的時間，對系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)管理有著重要的意義，有效的增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性;(4)降低成本:地源熱泵系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的集中管理，延長了設(shè)備使用壽命，減少了維修費用和二次購買費用，有效降低了運行成本。

2.2 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的集成

智能地源熱泵系統(tǒng)集成主要有以下幾個方面:(1)對系統(tǒng)中各種設(shè)備的運行參數(shù)以及運行狀態(tài)實時觀測，例如溫度、濕度、水泵熱泵機組運行狀態(tài)、壓力、流量等等;(2)對運行的參數(shù)進(jìn)行匯集、累計、整理，如對地源熱泵系統(tǒng)的運行時間進(jìn)行整理，以便于合理安排設(shè)備運行時間，以保證設(shè)備正常運行狀態(tài)，對土熱交換器交換熱量進(jìn)行累計分析，觀察土壤的熱平衡;(3)對地源熱泵系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行集中控制，主要有設(shè)備啟停控制、設(shè)備故障切換控制、設(shè)備變頻控制等等，通過對設(shè)備的集中控制實現(xiàn)了設(shè)備的統(tǒng)一管理［2］;(4)聯(lián)動方面:在地源熱泵系統(tǒng)運行荷載過大時，聯(lián)動輔助系統(tǒng)進(jìn)行供冷、供熱，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。

3 智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的實際應(yīng)用

3.1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

3.1.1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

是一種利用地源熱泵轉(zhuǎn)化淺層地?zé)崮転橹悄芙ㄖ峁┲评洹⒅茻岱?wù)的空調(diào)系統(tǒng)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由淺層地?zé)崮懿杉到y(tǒng)、水源熱泵機組、冷熱分配系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)組成。(1)淺層地?zé)崮懿杉到y(tǒng):由換熱器、循環(huán)泵、循環(huán)管道等部件組成，其主要工作機理是通過水或者防凍劑溶液的不斷循環(huán)采集淺層地?zé)崮埽⑵渌椭了礋岜脵C組進(jìn)行熱交換工序;(2)水源泵機組:由壓縮機、節(jié)流閥、冷凝器、蒸發(fā)器等部件組成，其主要工作機理是將采集的地?zé)崮芡ㄟ^制冷制熱的循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)熱交換的過程，并合理分配，通過冷熱分配系統(tǒng)提供給智能建筑;(3)冷熱分配系統(tǒng):由冷熱循環(huán)泵、分水器、集水器等基本部件組成，其主要工作機理是將水源泵機組分出的冷水和熱水輸送至智能建筑的空氣處理系統(tǒng);(4)空氣處理系統(tǒng):是由新風(fēng)機組、空調(diào)系統(tǒng)等組成，其主要原理是將輸送的冷水和熱水進(jìn)行處理，實現(xiàn)水氣能量交換，為人們提供健康的生活環(huán)境。

3.1.2 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點

智能建筑中地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點有以下幾個方面:(1)能源的優(yōu)越性:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所利用的能源是地?zé)崮埽栞椛涞降厍虻奶柲苡?7%儲存在了地表淺層的土壤和水中，這些地?zé)崮茉春渴铸嫶螅瑢儆诳稍偕茉?(2)高效、節(jié)能、環(huán)保:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要以土壤、地下水、地表水作為熱源和熱匯，在夏季制冷時，這些熱源、熱匯的溫度要比環(huán)境的溫度低，這就大大降低了冷凝壓力，降低了機組的工作功率，相反的，在冬季制熱的過程中，熱源、熱匯的溫度要高于外界環(huán)境溫度，降低了熱泵的制熱壓力，提高了機組的性能，綜上兩種情況，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠有效的節(jié)約能源;(3)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在運行的過程中以電為主要動力，不會對環(huán)境造成污染，對環(huán)境保護(hù)有著重要的意義;(4)占地面積少:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)不需要設(shè)置鍋爐，這會大大減少占地面積，節(jié)約了土地資源;(5)應(yīng)用廣泛:地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠同時提供制冷需求和制熱需求，應(yīng)用廣泛。

3.2 地源熱泵熱水系統(tǒng)

3.2.1 地源熱泵熱水系統(tǒng)的構(gòu)造與原理

地源熱泵熱水系統(tǒng)以淺層土壤熱能、地下水熱能、地表水熱能為低溫?zé)嵩矗玫卦礋岜锰崛∵@些能源轉(zhuǎn)化為生活熱水，這就是地源熱泵熱水系統(tǒng)。地源熱泵熱水系統(tǒng)由淺層地能采集系統(tǒng)、水源熱泵機組、熱水供應(yīng)裝置三個子系統(tǒng)組成，其主要的共作原理是淺層地能采集系統(tǒng)提取土壤和地下水熱能，然后通過熱泵機組的蒸發(fā)器與熱泵循環(huán)進(jìn)行熱交換，從而實現(xiàn)對智能建筑熱水的供應(yīng)。

3.2.2 地源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)點

地源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾個方面:(1)高效節(jié)能:地源熱泵熱水系統(tǒng)的制熱系數(shù)能夠達(dá)到3-8，而其他的一些熱水裝置的制熱系數(shù)一般都小于1，這就大大的提高了能源的利用率;(2)工作時限無限制:地源熱泵熱水系統(tǒng)工作時受到自然環(huán)境的影響比較小，無論在晴天、陰雨天、雪天都能源源不斷的制取熱水;(3)占地面積小:地源熱泵熱水系統(tǒng)的換熱器埋設(shè)于地下，不占地上的面積，在智能建筑中不占建筑面積，熱泵機組的體積也很小，總體來說地源熱泵系統(tǒng)的占地面積是比較小的;(4)安全可靠:地源熱泵熱水系統(tǒng)熱水的提取過程是在水電分離的環(huán)境下進(jìn)行的，環(huán)境安全，過程可靠，這就大大延長了其使用壽命，一般來說，智能建筑的地源熱泵熱水系統(tǒng)的使用年限在15 至20 年［3］。

4 智能建筑地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟效益

我國幅員遼闊，地?zé)豳Y源十分豐富，積極開發(fā)智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用對節(jié)約成本，提升社會經(jīng)濟效益有著重要的作用，地源熱泵系統(tǒng)能夠?qū)δ茉从兄^大的利用率，在制冷制熱的過程中能夠利用地?zé)釡囟扰c環(huán)境溫度的相反性，有效提高機組的效率，從而提高了經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

綜上所述，地源熱泵系統(tǒng)是一種重要的可再生能源利用技術(shù)，其在智能建筑的應(yīng)用中有著較好的發(fā)展前景，本文以智能建筑地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和地源熱泵熱水系統(tǒng)為例，簡單研究了智能建筑中地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，旨在為今后智能建筑地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

［1］徐軍祥.我國地?zé)豳Y源與可持續(xù)開發(fā)利用［J］.中國人口資源與環(huán)境，2005(11):119-124.

［2］黃煥章.新能源的開發(fā)與熱泵技術(shù)應(yīng)用［J］.山西能源與節(jié)能，2008(3).

［3］李元旦.土壤源熱泵的國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及展望［J］.制冷空調(diào)與電力機械，2002，23(1).