地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制技術(shù)研究

王曉磊

摘 要：當(dāng)前，建筑節(jié)能成為節(jié)能減排的最有效途徑，集中空調(diào)能耗占建筑能耗的比例越來越重，因此降低建筑空調(diào)能耗能勢(shì)在必行。地源熱泵是一種利用綠色能源的空調(diào)技術(shù)，無論是在節(jié)能方面還是在制冷制熱方面都有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此本文將以地源熱泵水系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過其工作原理的分析，探討運(yùn)行過程中的優(yōu)化控制措施，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)提供可以參考的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地源熱泵空調(diào)；水系統(tǒng)；優(yōu)化；控制

中圖分類號(hào)：TB657.2；TP273.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0050-01

當(dāng)前，我國(guó)建筑規(guī)模逐年增大，建筑節(jié)能成為節(jié)能減排的最有效途徑，集中空調(diào)能耗占建筑能耗的比例越來越重，因此降低建筑空調(diào)能耗能勢(shì)在必行。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)存在能源損失及空氣品質(zhì)差的弊端，人們對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的要求趨于更加節(jié)能以及能夠提供更好的空氣品質(zhì)。地源熱泵是一種利用綠色能源的空調(diào)技術(shù)，溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在節(jié)能及提高空氣品質(zhì)方面優(yōu)勢(shì)明顯。將這兩種空調(diào)技術(shù)結(jié)合，提出一種基于地源熱泵的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)有利于空調(diào)節(jié)能技術(shù)的革新與發(fā)展，符合空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的基本概述

地源熱泵是一種應(yīng)用“綠色能源”的空調(diào)系統(tǒng)類型，其主要特點(diǎn)是充分利用地下淺層具有的豐富地?zé)豳Y源來完成空調(diào)系統(tǒng)的供熱功能以及制冷功能。對(duì)地源熱泵投入很少的電能資源時(shí)就能夠得到很高的熱能。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖或提供生活熱水；在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：室外地能換熱系統(tǒng)、熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室內(nèi)采暖、空調(diào)末端系統(tǒng)。工作原理為夏季制冷模式下，熱泵機(jī)組將室內(nèi)熱能釋放至地下土壤中；冬季供暖模式時(shí)，熱泵機(jī)組將儲(chǔ)存在土壤內(nèi)的熱源提升至室內(nèi)供暖用。

2 地源熱本系統(tǒng)的基本形式

目前，地源熱泵有兩種基本形式，冷媒側(cè)內(nèi)切換模式和地源側(cè)水管道切換模式。

冷媒側(cè)切換即通過熱泵機(jī)組內(nèi)制冷劑流向的切換，將蒸發(fā)器與冷凝器功能切換，達(dá)到冷暖切換的目的。如圖1所示，夏季運(yùn)行時(shí)熱泵機(jī)組內(nèi)制冷劑流向是3→2→4→5→3，此時(shí)2為冷凝器，通過循環(huán)的介質(zhì)水將熱量帶到地埋管散至地下土壤中，5為蒸發(fā)器吸收來自室內(nèi)的熱量；冬季運(yùn)行時(shí)，熱泵機(jī)組內(nèi)通過閥門控制改變制冷劑流向?yàn)?→5→4→2→3，此時(shí)2為蒸發(fā)器吸收來自地下熱量，5為冷凝器放熱至室內(nèi)供暖用。

3 地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化控制對(duì)策

3.1 地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)除濕控制優(yōu)化

在氣候潮濕地區(qū)，室外空氣含濕量水平較高，新風(fēng)處理需要進(jìn)行除濕后送入室內(nèi)，更新室內(nèi)空氣，達(dá)到降低室內(nèi)濕度的目的。溫度控制系統(tǒng)可選用高溫冷源，制備出 15～20℃的冷水輸送到干式風(fēng)機(jī)盤管或毛細(xì)輻射板。而濕度控制系統(tǒng)可選用自帶冷源的獨(dú)立新風(fēng)除濕機(jī)組。

如圖2所示某種獨(dú)立冷源冷凝除濕新風(fēng)機(jī)組，蒸發(fā)器側(cè)制冷劑直接膨脹蒸發(fā)，這樣，新風(fēng)在流過盤管和制冷劑接觸就能夠?qū)崿F(xiàn)除濕功能；室內(nèi)具有很強(qiáng)的回風(fēng)特性，所以利用這種特性促使冷凝器將所有的熱量吸收掉，經(jīng)冷凝器除濕后的送風(fēng)溫度較低，含濕量8～10kg/h時(shí)，送風(fēng)溫度為11.5～14.8℃，此時(shí)直接送入室內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)會(huì)造成人體感受不適，可采用擴(kuò)散性較高的風(fēng)口，并對(duì)氣流組織仔細(xì)設(shè)計(jì)核算。

3.2 地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)溫濕度控制優(yōu)化

溫濕度控制是地源熱泵水系統(tǒng)中一項(xiàng)重要組成部分，筆者根據(jù)相關(guān)研究分析得知，目前地源熱泵溫濕度控制優(yōu)化措施主要有以下兩種：

第一種為高溫冷源，高溫冷源作為溫度控制系統(tǒng)的冷源，是溫度系統(tǒng)的動(dòng)力核心組成。由于溫濕度獨(dú)立控制將顯熱負(fù)荷獨(dú)立出來，不再擔(dān)任除濕任務(wù)，顯熱系統(tǒng)的冷水供水溫度僅滿足室內(nèi)降溫所需即可，溫差可以大幅縮小，不需要采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的7℃出水溫度，可以大幅提高至16～18℃。這樣一方面為利用天然冷源創(chuàng)造了必要條件，使水源熱泵、太陽能制冷等可再生能源的利用方式更為有效，目前可利用的天然冷源方式有土壤源換熱、蒸發(fā)冷卻式制冷等。另一方面，采用常規(guī)機(jī)械制冷的方式時(shí)，由于蒸發(fā)器出水溫度或蒸發(fā)溫度提高，制冷機(jī)組壓縮機(jī)的性能系數(shù)也會(huì)明顯提高。

第二種為余熱消除末端裝置，因?yàn)闇貪穸泉?dú)立控制的溫度控制系統(tǒng)僅處理顯熱負(fù)荷，因此降低了冷源與室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的傳熱溫差。因此在一定條件下，供冷介質(zhì)的流量必然要增大，空氣的比熱容較小，且風(fēng)機(jī)輸送效率較低，因此溫濕度獨(dú)立控制的余熱消除末端盡量不用空氣作為輸送介質(zhì)，通常選用水或者制冷劑作為媒介。常用的室內(nèi)末端裝置有輻射板和干式風(fēng)機(jī)盤管。

4 結(jié)語

綜上所述，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)今越來越受關(guān)注的兩種空調(diào)設(shè)計(jì)，能夠被結(jié)合利用，可以為建筑節(jié)能和能源緊張?zhí)峁┯行У慕鉀Q方式。隨著研究的深入及推廣應(yīng)用，勢(shì)必將給人類帶來更多利益。

參考文獻(xiàn)

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