【熱泵技術在暖通空調(diào)領域的應用及發(fā)展探究4600字（論文）】

III引言目前空調(diào)的應用非常普遍。人們能夠利用空調(diào)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，并且不受氣候影響，這樣就在某種程度上增加了住戶居住的舒適度，也增加了生產(chǎn)力。與此同時，空調(diào)的大量使用給自然環(huán)境帶來了很大的危害，耗費巨大能量。所以城市建設應該是可持續(xù)的，空調(diào)設計師應該不斷的創(chuàng)新，設計了一種低能耗，環(huán)境友好的、安全新型空調(diào)。地源熱泵（GSHP）節(jié)能減排、環(huán)保這一特性在一定范圍內(nèi)節(jié)省建筑資源，有較好的環(huán)境與經(jīng)濟效益。近幾年來，GSHP漸漸引起供暖與空調(diào)設計師們的重視。在進行暖通空調(diào)的設計時，地源熱泵特指一種空調(diào)系統(tǒng)的冷凝或蒸發(fā)裝置，設置于建筑物地下，再經(jīng)過土壤或水分進行熱源高效交換，本實用新型使得地源熱泵能夠在高溫天氣下高效的存儲熱能，貯存的能源可用來為冬季建筑取暖。同時寒冷的天氣，可采用地源熱泵存儲冷能的方式來進行夏季，可通過存儲的冷能進行冷卻。通常地源熱泵是以吸收地球上的能量為主的源熱泵。所以通過對此類系統(tǒng)的設計，可使暖通空調(diào)能效下降，對于生態(tài)保護十分有益。在此基礎上，結合地源熱泵特性，對暖通空調(diào)設計中地源熱泵的運用進行了論述，旨在為相關人員提供參考。1緒論城市化的深入促進了建筑行業(yè)的進步,用戶對建筑空間有了更為嚴格的要求,促使暖通空調(diào)系統(tǒng)獲得了較大的發(fā)展空間。然而,空調(diào)機的廣泛應用會嚴重影響自然環(huán)境,并且會消耗很多能源?；诳沙掷m(xù)發(fā)展理念,設計人員應對空調(diào)開展科學設計,以達到節(jié)能環(huán)保的目的。地源熱泵的應用能夠很好地符合建筑需求,達到節(jié)能減排的目的,因此獲得了業(yè)界人士的高度重視。地源熱泵技術首先在英，美等國被引進。后隨空調(diào)技術發(fā)展及對外開放而引進我國。其實就是建筑內(nèi)部的系統(tǒng)所組成、地下?lián)Q熱系統(tǒng)與水源熱泵機組構成的空調(diào)系統(tǒng)是以巖石為載體、以地表水或者地下水為低溫熱源。按地熱能的利用方式，地源熱泵有地下水地源熱泵系統(tǒng)兩種、地表水地源熱泵系統(tǒng)以及地埋管地源熱泵系統(tǒng)。暖通空調(diào)設計所采用的地源熱泵一般屬地源熱泵系統(tǒng)。具體是暖通空調(diào)的冷凝器或者蒸發(fā)器布置于建筑地面以下，利用土壤與水作為傳熱介質(zhì)，達到傳熱的目的。地源熱泵對地表熱能進行采集和存儲，達到全樓內(nèi)外熱交換目的。地源熱泵以地球為能量來源，所以將地源熱泵運用到暖通空調(diào)設計當中，能夠減少能耗，弱化環(huán)境損害。2地源熱泵技術在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀2.1國際發(fā)展歷史及現(xiàn)狀國外對地熱能研究較早，迄今已有百余年歷史。早在20世紀初期，瑞士科學家Hzoelly就地熱能利用問題發(fā)明了熱泵專利，本專利在熱泵史上尚屬首次。之后地源熱泵這一新興技術便開始受到各國學者的重視，相應地開展了各種研究。在美國開始研究和應用地源熱泵的建筑物，到1959年才開始，美國地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)已占我國空調(diào)系統(tǒng)總量的20%。后來地源熱泵用于建筑的比重逐漸上升，到1999年才開始出現(xiàn)，地源熱泵在瑞士家用空調(diào)市場中幾乎占96%。地源熱泵應用所占比重逐漸增加，熱泵也得到了不斷改進。ShintaroI等為確定應對冷負荷與熱水需求混合地源熱泵系統(tǒng)最佳運行狀態(tài)，給出了高效優(yōu)化方法，相對于經(jīng)驗運算，這種方法最優(yōu)運算成本至少可以減少3.78%和至多12.56%。HouGY等以TRNSYS為工具，提出一種冷卻器輔助混合地源熱泵模擬模型，仿真結果驗證了，這種混合系統(tǒng)比常規(guī)熱泵具有更好的特性。2.2國內(nèi)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀國內(nèi)地源熱泵技術比歐美等國起步晚，對它的研究工作始于二十世紀末，經(jīng)過各個院?？蒲腥藛T的努力，已經(jīng)取得了卓有成效的發(fā)展。進入二十一世紀以后，在國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)步上升的背景下，新能源在社會經(jīng)濟發(fā)展中的重要地位日益凸顯。2005年，呂悅等人在我國地源熱泵項目中進行了調(diào)查和研究，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北京的地源熱泵工程是目前國內(nèi)最多的，在國內(nèi)地源熱泵項目中占據(jù)半壁江山，在全國范圍內(nèi)發(fā)揮了主導作用。同年，中國《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》正式頒布，意味著地源熱泵在國內(nèi)又開始發(fā)展起來。隨著地源熱泵技術越來越多地應用于建筑當中，更有學者結合項目實際案例來發(fā)現(xiàn)和解決問題，多種具有鮮明特點的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案隨之出臺。地源熱泵技術在我國正在迅猛發(fā)展。本世紀初魏唐棣先生等提出地源熱泵系統(tǒng)垂直淺埋套管式換熱器傳熱模型，并用于實際項目進行試驗，經(jīng)研究驗證，這種新型地源熱泵系統(tǒng)具有較好的冬季供暖效果。黃新江等以蘇州某辦公建筑地源熱泵系統(tǒng)為研究對象，對熱泵系統(tǒng)常年動態(tài)運行的特點進行了分析，結果發(fā)現(xiàn)，負荷率、地源側回水溫度，用戶側回水溫度對熱泵機組性能系數(shù)影響最大。高承苗等在山東某區(qū)測量了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)，這種熱泵系統(tǒng)在冬季工況時，性能系數(shù)有下降的現(xiàn)象、換熱器蓄熱量的嚴重缺乏等等，為解決這一問題，提出工業(yè)余熱耦合淺層地熱地源熱泵系統(tǒng)，研究證明，這種熱泵系統(tǒng)正在能夠帶來很好的運行與環(huán)境效益。王恩宇等為天津的一個地源熱泵系統(tǒng)做了調(diào)研，提出了系統(tǒng)地埋管群的改進方案，然后建立了計算模型，并進行了20年仿真，研究表明，雙機組熱泵系統(tǒng)在運行20年后，能效比比原有系統(tǒng)提升近1個百分點，比單機組熱泵系統(tǒng)好得多。3地源熱泵的特性與暖通空調(diào)設計指標3.1地源熱泵的特性3.1.1清潔性地源熱泵工作時，主要把地熱能源變成系統(tǒng)整體暖通空調(diào)運行能量，所以不必靠燃燒來放熱，減少自然環(huán)境污染。另外地源熱泵系統(tǒng)應用于暖空調(diào)時，無需傳統(tǒng)空調(diào)要求空調(diào)外掛機，不會因為室外排熱而造成環(huán)境空氣污染，噪聲污染，很少有對外部環(huán)境的污染與沖擊。3.1.2能效經(jīng)濟性傳統(tǒng)鍋爐熱轉換效率為70%~90%。地源熱泵比鍋爐節(jié)能過半。地源熱泵熱源全年保持穩(wěn)定，供冷供熱系數(shù)3.5~4.4，與傳統(tǒng)鍋爐相比，增加了40%。在供熱與供冷方面，供熱期間，地源熱泵系統(tǒng)在工作過程中，主要靠電能的供給實現(xiàn)供熱，耗能小，經(jīng)濟成本低。制冷時，地源熱泵系統(tǒng)所產(chǎn)生制冷溫度顯著低于普通暖通空調(diào)系統(tǒng)。本申請?zhí)峁┝说卦礋岜门照{(diào)系統(tǒng)，其成本可降低約1/3，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。所以地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展很快。3.1.3穩(wěn)定可靠性一般情況下，地源熱泵在正常運行的情況下，受中央計算機的全面管理與監(jiān)控，為了確保整個暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠在各種運行條件下平穩(wěn)，可靠的運行。同時HVAC系統(tǒng)還可通過管理員進行遙控與調(diào)整，為了滿足用戶在特定場合的個性化需要。3.2暖通空調(diào)設計指標3.2.1凈化在暖通空調(diào)技術的設計過程當中，凈化就是一個關鍵性的指標，所謂凈化，是指暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部安裝過濾裝置，達到凈化空氣的目的，經(jīng)過濾裝置將空氣吸入，通過其中一個濾網(wǎng)，濾除空氣中有害物質(zhì)，經(jīng)此工藝處理，以使空氣更干凈、更新鮮，進一步提高人民生活質(zhì)量等。再加上即使空氣潔凈程度比較高的地區(qū)，同樣適用于該設計。3.2.2溫度溫度控制又是暖通空調(diào)設計的關鍵技術指標，工作廠區(qū)一般都有嚴格的要求。尤其在精度要求嚴格的加工環(huán)節(jié)中，工作人員要準確地把控溫度變化幅度，否則，工件的合格率就有可能下降。所以工作人員一般都會在自動化控制系統(tǒng)的幫助下對溫度進行進一步的控制。溫度控制的主要參數(shù)的對象主要是兩點，也就是回風段的穩(wěn)定狀況及設定的定值。工作人員應當按照相關的計算法得出結論，滿足設計要求后，有了溫度傳感器，實現(xiàn)對溫度的完全控制。4地源熱泵在暖通空調(diào)領域中的具體應用4.1地埋管地源熱泵系統(tǒng)地下埋設管的地源熱泵，由于可利用地面冬暖夏涼、氣溫變化范圍小等特點，在采暖空調(diào)領域得到應用，其主要原理是以地下埋設管的封閉循環(huán)水為傳熱介質(zhì)交換能量。埋設管地源熱泵僅需少量熱泵機即可達到制冷或供暖功能，熱泵機可在房間與土壤之間完成換熱以達到房間制冷、供暖、熱水等目的。夏季埋設管地源熱泵以制冷作業(yè)為主，生活熱水為輔供給，整個地源熱泵空調(diào)機組埋設空調(diào)換熱器，水從高強度埋設管密閉回路中流動，達到與地表層土壤的冷換熱，在室內(nèi)設置風扇盤，起到制冷作用。同時，利用空調(diào)機組多余的熱量配制生活熱水，一方面將熱量再傳遞到地下，在儲存熱量的同時達到冷卻房屋內(nèi)部的目的。地下埋設管地源熱泵主要用于冬季地板采暖，供應生活熱水。地下埋設管系統(tǒng)的工作原理是，埋設在地下的封閉回路將土壤輸送到室內(nèi)的熱量從室內(nèi)供暖空調(diào)的一端釋放出來，從供暖設施供給生活熱水。4.2地下水地源熱泵系統(tǒng)地下水地地源熱泵系統(tǒng)比其他種類地源熱泵系統(tǒng)效率高、建設成本低。當前所采用的地下水地源熱泵系統(tǒng)大多是指能夠與地下水換熱的地源熱泵，特指山體的三個主要組成部分，分別是戶外地源熱泵系統(tǒng)，水源熱泵機組以及建筑內(nèi)部系統(tǒng)。系統(tǒng)類型分為直流系統(tǒng)，同井回注系統(tǒng)，異井回注系統(tǒng)。通常地下水溫度在250C以下，而室外氣溫在夏季大于25℃，冬季小于25℃，因而熱容量較大，易使品位較低的熱能山向高品位遷移，用于室內(nèi)夏季制冷和冬季供暖。地源熱泵系統(tǒng)以深層地下水為主源，再對地下水恒溫效果顯著，顯著提高地源熱泵能效，進而降低電能浪費，經(jīng)濟效益好。地源熱泵的性價比相對較好。4.3地表水地源熱泵系統(tǒng)地表水源熱泵系統(tǒng)還兼有供熱與供冷兩種作用，但是區(qū)別在于地表水源熱泵系統(tǒng)供冷功能在很大程度上取決于由氣體向液體轉化過程中所產(chǎn)生的熱，經(jīng)冷媒處理，吸收熱量，然后在房間里放出冷氣。供暖又經(jīng)冷凝器蒸發(fā)液體，再由機組循環(huán)和加工，在房間里放熱。暖通空調(diào)在制冷的工作狀態(tài)下，地表水地源熱泵機組中壓縮機將為冷媒作功，然后達到汽化一液化循環(huán)往復。從事制冷工作的時候，地源熱泵壓縮機啟動向冷媒作功，使機組中水的汽液持續(xù)轉化。此時，冷媒從風機盤內(nèi)吸熱，熱量最終經(jīng)由全機組水路循環(huán)輸送到地表水中。室內(nèi)熱量源源不斷地向地下輸送，風機盤對熱進行加工，實現(xiàn)了制冷。暖通空調(diào)在制熱運行狀態(tài)下，通過換向閥，使冷媒流向發(fā)生變化，地表水的熱量由地下水循環(huán)系統(tǒng)吸收，然后經(jīng)冷媒蒸發(fā)，再把水路循環(huán)的熱量輸送給冷媒，冷媒循環(huán)過程中，利用冷媒冷凝作用，再次向風機盤輸送熱量。當?shù)叵聼崃吭丛床粩嗟貍鬟f到房間時，最后形成熱風，借此為室內(nèi)供暖。5地源熱泵在暖通空調(diào)領域中的發(fā)展從整體上看，地源熱泵具有高效節(jié)能、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，因此應用于采暖空調(diào)設計具有十分廣闊的發(fā)展前景。其具體的工作原理，在技術上也得到了有力的科學理論依據(jù)的支持。合理利用地源熱泵技術，可以在促進系統(tǒng)正常工作的基礎上，降低其造成的環(huán)境污染，從而促進建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。但從目前來看，暖通空調(diào)地源熱泵的具體應用還沒有全面流行，希望未來相關設計人員不斷取得突破性進展，盡快實現(xiàn)暖通空調(diào)地源熱泵空調(diào)的推廣應用。參考文獻田浩,成晟.暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計思考[J].工程技術研究,2018,3(6):214+223.方亮.地源熱泵系統(tǒng)中深層地埋管換熱器的傳熱分析及其應用[D].濟南:山東建筑大學,2018.陳瀚.暖通空調(diào)節(jié)能設計分析[J].節(jié)能,2019,38(4):17-18.魏唐棣,胡鳴明,丁勇,等.地源熱泵冬季供暖測試及傳熱模型[J].暖通空調(diào),2000(01):12-14.黃新江,劉成剛.基于數(shù)據(jù)挖掘的地源熱泵系統(tǒng)性能測試和分析[J].熱能動力工程,2020,35(03):181-186.高承苗,刁乃仁,石維群,等.工業(yè)余熱在改善冬季地源熱泵系統(tǒng)運行中的應用[J].建筑熱能通風空調(diào),2012,31(03):50-52+7.王恩宇,沈云祥,陳宇樸,等.太陽能-地源熱泵系統(tǒng)雙地埋管群利用方式研究[J].熱科學與技術,2020,19(02):103-109.ShintaroI,WonjunC,RyozoO.Optimizationmethodformultipleheatsourceoperationincludinggroundsourceheatpumpconsideringdynamicvariationingroundtemper