地源熱泵建筑節(jié)能

Word版本，下載可自由編輯地源熱泵建筑節(jié)能1地源熱泵系統(tǒng)的工作原理

地下水、地表水及土壤都是自然?的地?zé)豳Y源(也可稱其為地能資源)，地源熱泵系統(tǒng)就是一種可將這些能量資源舉行適當(dāng)轉(zhuǎn)換而為建造提供能量的系統(tǒng)。以上地?zé)豳Y源都屬于低位能源的范疇，基本上均不行直接通過(guò)，而利用消耗少量的高位能源如電能等，即可將這些低位能源轉(zhuǎn)換為可直接通過(guò)的高位能源[5]。在不受外界干擾的狀況下，深層的土壤可常年保持相對(duì)恒定的溫度，該溫度數(shù)值通常都會(huì)比冬季的室外溫度高出無(wú)數(shù)，而又較夏季的室外溫度低，因此，地源熱泵相對(duì)常規(guī)的空氣熱泵來(lái)說(shuō)，可有效克服因夏季高溫柔冬季嚴(yán)寒造成熱泵工作效率大幅度降低的技術(shù)障礙。

在冬季，地源熱泵可將深層土壤的熱量采集起來(lái)為建造提供熱能，同時(shí)降低了地層的溫度，即相對(duì)儲(chǔ)蓄了冷量，可供夏季使用；在夏季的時(shí)候，則可將地表建造的室內(nèi)熱量向土壤傳輸，在降低室內(nèi)溫度的同時(shí)，也等同儲(chǔ)存了供冬季使用的熱量。如此以來(lái)，地層在地源熱泵系統(tǒng)中發(fā)揮了類(lèi)似能量?jī)?chǔ)存器的作用，可大大提高空調(diào)系統(tǒng)的能量通過(guò)效率。以上分時(shí)節(jié)性的制冷或供熱的過(guò)程，幾乎不涉及能量形式的轉(zhuǎn)換，有些只是能量的轉(zhuǎn)移過(guò)程，甚至可說(shuō)成是機(jī)械化的搬運(yùn)過(guò)程。通常狀況下，地源熱泵消耗1KW的熱量，用戶即可得到4KW左右的熱量或冷量，從而達(dá)到節(jié)能的目的，可實(shí)現(xiàn)能量通過(guò)效率的最大化，同時(shí)削減運(yùn)營(yíng)成本，降低有害物質(zhì)的產(chǎn)生，有利于建造節(jié)能和環(huán)境的庇護(hù)。地源熱泵的工作原理如圖1所示。

2地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)概述

地源熱泵系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

(1)資源的可再生性。地源熱泵系統(tǒng)所通過(guò)的資源所有來(lái)自地球表面小于400m深度的淺層地?zé)崮茉?，而這些能源終于源頭都又來(lái)自于太陽(yáng)，所以地球表面淺層相當(dāng)于是變成了一個(gè)巨大的太陽(yáng)能儲(chǔ)存器，收集并貯存了47%的太陽(yáng)能，這些能量比全人類(lèi)每年通過(guò)能量的500倍還要多，所以其能量來(lái)源幾乎可看作永久不會(huì)枯竭，可供地源熱泵向來(lái)循環(huán)地再生通過(guò)。

(2)更低的投資和運(yùn)行成本。相關(guān)實(shí)際運(yùn)用證實(shí)，和傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵的首次投資也許可節(jié)約15～25%的費(fèi)用，而年均日常運(yùn)行和總維護(hù)費(fèi)用則越發(fā)顯示出優(yōu)勢(shì)，可節(jié)省40%左右。(3)更節(jié)約空間、更環(huán)保。地源熱泵系統(tǒng)的機(jī)房并不要求具有過(guò)多的面積，十分節(jié)約空間，甚至直接設(shè)置在地下室內(nèi)即可。同時(shí)，該系統(tǒng)因?yàn)槭菍?duì)地球表面淺層土壤所蘊(yùn)含的地?zé)豳Y源的直接通過(guò)，所以也避開(kāi)了燃燒過(guò)程中有害氣體的排放，對(duì)環(huán)境零污染，肯定清潔環(huán)保。

(4)更高的自動(dòng)化程度。地源熱泵系統(tǒng)與其所配套的機(jī)組均可實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化控制，即是說(shuō)可以徹低實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)組能智能化地按照室內(nèi)外溫度的變化或是人們共性化的的要求而控制系統(tǒng)和機(jī)組的起停工作，在節(jié)約大量人力物力的同時(shí)，將節(jié)能的效果最大化。(5)更人性化設(shè)計(jì)。地源熱泵系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的隨意自主調(diào)整技術(shù)屏障，即是說(shuō)該系統(tǒng)的用戶可根據(jù)需要隨意調(diào)節(jié)供熱供冷時(shí)光和溫度，可徹低自主。另外，該系統(tǒng)更實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用地供暖、制冷同時(shí)舉行，因此，可將制冷時(shí)產(chǎn)生的多余熱能用于生活各方面用水的加熱等，增進(jìn)了能源的更充分通過(guò)。

3地源熱泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著實(shí)踐運(yùn)用的不斷深化和進(jìn)展，目前的地源熱泵技術(shù)已經(jīng)邁過(guò)了可行性討論的初級(jí)階段，進(jìn)而進(jìn)入了如何提升工作效能的深度討論層次。筆者認(rèn)為，當(dāng)前地源熱泵系統(tǒng)的地面熱交換及壓縮技術(shù)方面已經(jīng)具備了相當(dāng)高的效率，相對(duì)而言，地下的熱交換部分有待進(jìn)一步舉行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此做好此方面的工作，有望實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體升級(jí)而進(jìn)一步削減建造能耗。

3.1地埋管熱交換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)正確挑選地埋管材地源熱泵系統(tǒng)挑選何種地埋管材，除管道的尺寸和長(zhǎng)度規(guī)分外，還應(yīng)綜合考慮多方面的因素，例如熱泵性能的要求標(biāo)準(zhǔn)、初裝費(fèi)用、水泵揚(yáng)程以及維護(hù)費(fèi)用等等。同時(shí)，更需要所選管材的性能可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的地埋環(huán)境，這對(duì)保障熱交換器的正常工作具有十分重要的意義，盡量免除因滲漏帶來(lái)的昂貴修理費(fèi)用。所以，應(yīng)將高化學(xué)穩(wěn)定性、高耐腐蝕性、高導(dǎo)熱系數(shù)以及盡量小的流淌阻力等作為地埋管材的挑選標(biāo)準(zhǔn)。就當(dāng)前來(lái)看，聚乙烯管或聚丁烯管更符合以上標(biāo)準(zhǔn)。

而對(duì)于聚氯乙烯管即通常所說(shuō)的PVC管來(lái)說(shuō)，因其不具備較高處理熱膨脹及土壤位移所帶來(lái)的壓力的能力，所以不宜將其作為地埋管使用。(2)地埋管材的規(guī)格和壓力級(jí)別參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可知，管道的壓力級(jí)別通常是用管道的外徑與管壁的厚度之比率(SDR)來(lái)確定的，即是：SDR=外徑/壁厚。由此可見(jiàn)，SDR越小，則表示管道相對(duì)更能承受壓力。對(duì)地埋管而言，國(guó)家規(guī)定的公稱壓力為需等于高于1.0MPa。在地源熱泵的實(shí)際工程運(yùn)用中，還必需充分考慮凈水頭壓力以及管道的增壓。(3)地埋管道傳熱介質(zhì)的挑選傳熱介質(zhì)應(yīng)以以下幾點(diǎn)作為挑選的標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)毒、低燃點(diǎn)及低腐蝕性；②冰點(diǎn)較低而不宜凍結(jié)；③傳熱性能好，流淌性高；④材料的購(gòu)買(mǎi)、運(yùn)送和貯存都較為便利。綜合以上要求，除水以外，還可挑選氯化鈉、氯化鈣、甲醇和丙醇等多種溶液。

3.2科學(xué)布置地埋管及熱交換器

(1)埋管方式的優(yōu)化地埋管及熱交換器的埋管方式可分為水平和豎直兩種。在有足夠的可通過(guò)地面且在表層無(wú)堅(jiān)硬巖石存在的狀況下，以實(shí)行水平埋管熱交換器為宜，同時(shí)，按照埋管溝的埋管數(shù)量及方式，水平埋管又可視狀況而挑選單管、雙管、多管或是螺旋管等多種埋管方式；而當(dāng)埋管條件與上述相反時(shí)，則更宜實(shí)行豎直埋管熱交換器的方式，豎直埋管時(shí)，可充分通過(guò)建造物的地下混凝土基樁，將U型管與其鋼筋網(wǎng)架型牢固捆扎，然后再舉行混凝土的澆筑，實(shí)現(xiàn)U型管與基樁的捆綁固定。

(2)銜接方式的優(yōu)化。地源熱泵地下熱交換器的個(gè)鉆孔之間所采納的銜接方式可分為兩種，分離為串聯(lián)方式和并聯(lián)方式。它們之間的區(qū)分就在于，采納串聯(lián)方式的系統(tǒng)只存在一個(gè)流體通道，而采納并聯(lián)方式的系統(tǒng)則具備兩個(gè)或兩個(gè)以上的流體通道。將并聯(lián)方式的豎直型熱交換器與串聯(lián)方式的豎直熱交換器相比較，可以使用更小管徑的U型管。對(duì)并聯(lián)管路的熱交換器而言，同一環(huán)路集管銜接的每一鉆孔的熱交換量大致相等，串聯(lián)管理則不同，其熱交換器中的各個(gè)鉆孔的熱交換量是不均衡的，究其緣由，是因?yàn)榇?lián)管路的每個(gè)鉆孔都具有不盡相同的傳熱溫差所致。

綜合起來(lái)，對(duì)并串聯(lián)管路的挑選終于還取決于地源熱泵所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大小、埋管深淺以及安裝成本凹凸等多方面的因素。就成本而言，通常狀況下串聯(lián)系統(tǒng)都會(huì)采納比并聯(lián)系統(tǒng)更大管徑的管道，而大管