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地源熱泵在暖通空調設計中的應用

文章出處:   責任編輯:   發布時間:2023-07-30 13:02:44    點擊數:-   【

摘要:近年來,隨著社會建設的不斷發展,建筑暖通空調系統成為公認的能源消耗較大的系統,也是導致建筑能耗不斷上升的主因,結合目前實際情況來看,為有效控制暖通空調系統的能耗問題,減少環境污染,可將地源熱泵技術應用其中,利用該技術對系統結構加以優化調整,實現能源的科學處理?;诖?,對地源熱泵在暖通空調設計中的應用進行論述與分析。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

關鍵詞:地源熱泵;暖通空調設計;應用

引言

近年來,地源熱泵的安裝和設計逐漸受到人們的關注。實際上,地源熱泵可以起到高效節能的作用,提高城市供暖系統的價值,在建筑暖通空調設計領域,地源熱泵具有良好的經濟性和環保性優勢,突出顯示了保護環境、節約建筑資源、增強節能效果等特性。在室內暖通空調設計過程中,需要將地源熱泵安裝在合適的建筑內部,合理科學采用地源熱泵,綜合提高室內節能效果及居住舒適度。地源熱泵可以同時實現制冷和制熱功能,用新型資源代替緊缺資源,符合開源節流的要求,由于我國在城市建設過程中大量能源逐漸緊缺,而這種新型地源熱泵技術為短缺的能源找到了突破口,根據調查研究表明:為了達到城鄉供暖方式優化,地源熱泵技術應用已經快速普及,改善了傳統的制冷制熱技術所需的能源,降低了能耗,而且有效節約了成本,能夠使空調的普及率大大提升,為人們帶去舒適便捷的生活。將地源熱泵技術應用于暖通空調設計,不僅兼顧了成本和節能問題,而且給居民提供供暖制冷服務,在未來發展趨勢勢不可擋。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

1地源熱泵系統概述

熱泵屬于一種熱量提升裝置其運作遵循的是逆卡諾原理,能夠將熱量從低溫轉變到高溫并輸送到指定地點。熱泵本身會消耗一定的熱量,但也是環境中進行能量介質深入挖掘,并將其轉變成高熱量加以利用的一種裝置,所以該設備在使用中不僅不會存在消耗,相反能夠節省近2/3甚至更高的熱量。熱泵同制冷的原理及系統構成是一樣的,常見的整齊壓縮熱泵由壓縮機、蒸發器、冷凝器及節流閥這幾部分構成,形成較為完整的循環系統,保證熱能傳輸。地源熱泵系統的特點主要有。1)清潔性。地源熱泵系統的運行主要是依靠電能供應實現的,熱量直接從大地獲取,所以在運行過程中,不會存在燃燒和放熱的可能,這樣就不會產生較多的污染物,降低對外界環境的影響。另外,在相對較為成熟的系統下,地源熱泵是不需要配備外掛機和冷卻塔的,所以在放熱過程中不用擔心環境污染問題。2)能效性。地源熱泵系統在實際運行中有著較高的能源利用率。例如,在寒冷冬季,外界溫度較低,常規情況下對熱能需求量高,但地源熱泵系統能夠將溫度控制在12℃~22℃,且構建的循環系統能夠保證熱能質量,以免發生較大的變化差異,提高整個系統的能效。3)經濟性。相比傳統的暖通空調系統,地源熱泵的冷凝溫度要更低,制冷效果明顯高于傳統系統。根據現有資料分析可知,地源熱泵系統應用后,制冷和供熱的費用相較傳統系統降低了1/3左右。此外,因為其依靠電能供電,利用大地完成能源把控,所需能耗更少,大大提升了系統運行的經濟效益。4)可靠性。地源熱泵系統運行中采用了計算機自動化控制系統,可實時對系統運行狀況加以監督和把控,及時發現和上報問題,給出科學有效的解決措施,避免更嚴重問題的產生,保障系統運行的效率和安全性。5)穩定性。地源熱泵系統在運行中不會受到環境因素的影響而出現較大變化,保證整體運行的穩定性和可靠性。該系統能夠將溫度始終控制在10℃~25℃,供熱和制冷能效比控制在3.5~4.5,穩定性強。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

2地源熱泵技術的特點

2.1經濟高效

地源熱泵技術在暖通空調節能中的應用可以實現經濟高效、可靠安全的生產,不需要直接燃燒能源,避免了燃料燃燒損失熱量,減少了能源消耗,在能源傳輸中實現了熱能轉換,與傳統空調運轉系統相比,其工作效率更加高效。該技術既能節省能源使用量,也能降低生產成本,提高經濟效益,具有較高的可靠性與穩定性,符合可持續使用的生產目標。其次,地源熱泵技術并未依賴其他能源,其能減少能源消耗,避免了能源的過度使用和污染排放破壞環境,以全年循環式地熱泵取與交換的熱能轉換形式吸收和釋放熱能,有效維持了地下溫度的穩定性,延長了使用壽命。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

2.2節能減排

由現有生產資料的調查與分析可見,煤炭、石油等不可再生資源的使用導致環境破壞問題較為嚴重。傳統空調機在釋放熱能時也會產生過多破壞環境的氣體,而地源熱泵系統的生產與建設符合節能減排、環境保護的目標,能量來自大地,其熱交換方式可以轉換室內外熱能,保持溫度的恒一性,屬于較好的節能技術。

2.3穩定性較好

地源熱泵技術在整個暖通空調節能生產中的穩定性較好,整個運轉程序無需依靠額外能量傳輸,實現了熱能轉換。北方氣溫較低或南方氣溫較高地區均可應用暖通空調生產技術,即使不采取保護措施,也不會損害設備,有效降低了安全事故發生率。由于地源熱泵生產技術的地下使用環境受外界溫度的干擾較少,不會影響建筑工程的穩定性和承載性,提高了能源利用效率,有效保證了空調暖通節能體系的正常運轉和安全落實。

3地源熱泵的種類

3.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵熱源的獲取以地表淺層土壤為主,優勢在于:相較地表水和空氣,土壤在深入地下的過程中具有保護作用,能夠抑制溫度波動,保持熱能,縮減衰減及延遲時間。通過對熱能的提取,能夠確保熱能供應的穩定性,提高熱泵的工作效率;將土壤作為熱泵熱能、熱源提取的主要場所,降低了環境污染,相較傳統的冷卻塔設備,環保性更強;相較空氣熱泵,大地耦合熱泵的結構更加簡單,省去了除霜設備、風機回收設備,在不影響熱能提取和使用的情況下,降低了系統運行產生的噪音污染;土壤自身具備的蓄冷和蓄熱功能,能夠合理運用熱泵與太陽能集熱裝置,完成制冷和制熱的科學調節,增加熱能利用率。不過土壤的傳熱性差,若想改善傳熱效果,還需要擴大土壤面積,再加上在地下埋設管道的成本相對較高,施工中存在的影響因素眾多。土壤干燥后導熱性會下降,所以在夏季很難做到有效排熱,破壞了熱泵的使用性能。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

3.2污水源熱泵

污水源熱泵是從污水中進行熱源熱量提取應用到建筑暖通空調系統中的一項節能技術,其能夠將提取出的熱源直接轉換成高品質的能源,改善制冷和供熱效果,加強建筑內部環境的舒適性。同時,污水源熱泵應用中水質穩定性強、溫度變化小,保證內部供熱和制冷的穩定性,減小設備系統的損耗。污水源熱泵的優勢如下。污水源熱泵可利用污水處理廠排出的污水提取熱源,污水處理廠的出水量大、水質穩定性強,為熱源提取提供了較大優勢。在污水作用下能夠設置循環裝置,避免污染和浪費現象的產生;環保性好,污染物排放得到緩解,據現有資料可知,污水源熱泵應用后,污染物排放量較空氣熱泵減少40%,較電供熱減少70%。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩定,其制冷、制熱系數比傳統的空氣源熱泵高出40%左右,運行費用僅為普通中央空調的50%~60%。但該熱泵也存在一定缺陷,污垢會加劇流道表面的粗糙程度,引起摩擦系數和局部阻力系數的增加,這必然會引起整個換熱器的流動阻力壓降增大,故泵消耗的功率增加。所以做好設備的更換及更新設計,剔除污垢也成為專業人員要重點考量的內容。

3.3地下水熱泵

地下水熱泵利用的是地下滲井自身的優勢收集熱匯熱源,滿足制冷和制熱要求。該技術在應用中具備的優勢特點為:首先,占地面積小,水井結構布局相對簡單,可占用的土地資源面積較小,且因為水井采用的是回灌和抽取的方式,不用擔心占地問題;其次,成本低廉,凈水單位容量的成本較低,在地式熱交換器改善作業中,也因為地下水井的特性而大大降低了成本消耗,減少了不必要損失的形成;再次,節省維護費用,減少環境污染,地下熱泵技術應用中即使出現設計不合理的情況,也不需要予以重點維護,且地下水回灌后并不會對地層的含水量造成影響,不用擔心出現污染問題;最后,技術成熟度高,地源熱泵技術雖然屬于新型技術,但因為適用范圍廣,使用頻率高,目前該技術已經較為成熟,再加上其低廉的成本,較小的占地面積,可滿足暖通空調設計需求。

4地源熱泵技術在暖通空調節能中的具體應用

4.1主要形式

地源熱泵技術在暖通空調節能生產中可以分為土壤、地下水和地表水源3種主要表現形式,根據熱源來源的差異劃分生產介質,以填埋式土壤熱泵系統作為主要使用方式流通管道與熱泵機組間的能量,有效完成了土壤與地表機組間的熱交替作用。其次,在埋管方式的差異下,可以將其劃分為水平和垂直兩種形式,不以直接抽取地下水的方式積累地下水源熱泵能量。但在抽取水后可以傳輸水源熱能,直接將水輸送到熱換件和熱泵機組中釋放能量和提取熱能。再次,地源熱泵技術在使用方案上受國家和地方政府的支持,當地下具備充足的水量和熱源后,應利用回灌方式將地表水作為冷源水抽取海水或江河,從而形成開放式、循環式和閉環式的能源交換系統。利用開環和閉環兩種交換類型區分板式換熱器中的介質是否與外界水或土壤相互接觸,以實現地下埋管和熱泵機組的反復循環式交替作用。最后,在開環系統中抽取外部水源時,可以利用外部水和板式換熱器實現循環式熱流通,以保證內部熱交換儀器的穩定性。

4.2將地埋管道與熱泵機組合

兩者組合是最為簡單的一種方式,也是目前常見的組合形式。在設計中,會按照地理埋管位置對管道長度加以確定,根據水平向管道長度的熱量及冷卻負荷的變化特征,對鉆孔開鑿間距加以把控,以豎向管道長度的換熱量和最大熱負荷對占地面積加以確定。完成上述操作后就可以依據計算結果選擇熱泵機房中熱泵機組的規格型號、使用臺數、配套水泵、分集水器、定壓裝置、水處理裝置等,確定前期準備工作后就可以展開熱泵機房圖紙的設計工作??茖W規劃機房面積,合理設置內部電源,之后按照圖紙要求展開施工作業,強化暖通空調系統的運行效果。

4.3運行狀況分析

應針對溫度監測和地埋管換熱器周圍的設置情況分析暖通空調節能生產的運行狀況,并結合冬季和夏季地源熱泵技術溫度設置的差異來測量,可有效利用現有數據得到相關檢測依據,正式使用后發現其符合系統運轉標準。當地源系統主機未啟動時,應大致等待水泵運行1h后測量地下巖土層的溫度,比較測量結果與熱響應測試結果后發現溫差值較小。其次,各系統組件為維持正常運轉狀態,需要將溫度控制在合理范圍內,以符合冬季和夏季熱源傳輸與供給要求,一般冬季地埋管側進出口溫度為8.3℃和11.7℃。觀察系統運轉情況后,應設置早晨出口處溫度在11.7℃以上,隨著運轉時間、運轉試點任務和運轉要求的不斷提高,出口溫度會逐漸下降,最終會停留在9.8℃左右,可利用溫度變化情況分析土壤供熱溫度的變化,并及時反饋。

地源熱泵在暖通空調設計中的應用

結語

總之,地源熱泵技術與暖通空調生產技術充分利用土壤中熱量后,可以在夏季實現熱量傳輸,冬季實現熱量轉移,不僅符合空調冷暖制備的基本功能,也能提高承載負荷,實現了節能環保、綠色減排的生產目標,具有較好的經濟發展前景。

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