【熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展探究4600字（論文）】

III引言目前空調(diào)的應(yīng)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(shí)，空調(diào)的大量使用給自然環(huán)境帶來了很大的危害，耗費(fèi)巨大能量。所以城市建設(shè)應(yīng)該是可持續(xù)的，空調(diào)設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)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(jì)效益。近幾年來，GSHP漸漸引起供暖與空調(diào)設(shè)計(jì)師們的重視。在進(jìn)行暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)時(shí)，地源熱泵特指一種空調(diào)系統(tǒng)的冷凝或蒸發(fā)裝置，設(shè)置于建筑物地下，再經(jīng)過土壤或水分進(jìn)行熱源高效交換，本實(shí)用新型使得地源熱泵能夠在高溫天氣下高效的存儲(chǔ)熱能，貯存的能源可用來為冬季建筑取暖。同時(shí)寒冷的天氣，可采用地源熱泵存儲(chǔ)冷能的方式來進(jìn)行夏季，可通過存儲(chǔ)的冷能進(jìn)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(duì)此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可使暖通空調(diào)能效下降，對(duì)于生態(tài)保護(hù)十分有益。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地源熱泵特性，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中地源熱泵的運(yùn)用進(jìn)行了論述，旨在為相關(guān)人員提供參考。1緒論城市化的深入促進(jìn)了建筑行業(yè)的進(jìn)步,用戶對(duì)建筑空間有了更為嚴(yán)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(jī)的廣泛應(yīng)用會(huì)嚴(yán)重影響自然環(huán)境,并且會(huì)消耗很多能源?；诳沙掷m(xù)發(fā)展理念,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)空調(diào)開展科學(xué)設(shè)計(jì),以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。地源熱泵的應(yīng)用能夠很好地符合建筑需求,達(dá)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(shù)首先在英，美等國被引進(jìn)。后隨空調(diào)技術(shù)發(fā)展及對(duì)外開放而引進(jìn)我國。其實(shí)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(jī)組構(gòu)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?zé)嵩?。按地?zé)崮艿睦梅绞?，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(shè)計(jì)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(dá)到傳熱的目的。地源熱泵對(duì)地表熱能進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，達(dá)到全樓內(nèi)外熱交換目的。地源熱泵以地球?yàn)槟芰縼碓?，所以將地源熱泵運(yùn)用到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)中，能夠減少能耗，弱化環(huán)境損害。2地源熱泵技術(shù)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(duì)地?zé)崮苎芯枯^早，迄今已有百余年歷史。早在20世紀(jì)初期，瑞士科學(xué)家Hzoelly就地?zé)崮芾脝栴}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(shù)便開始受到各國學(xué)者的重視，相應(yīng)地開展了各種研究。在美國開始研究和應(yīng)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(chǎng)中幾乎占96%。地源熱泵應(yīng)用所占比重逐漸增加，熱泵也得到了不斷改進(jìn)。ShintaroI等為確定應(yīng)對(duì)冷負(fù)荷與熱水需求混合地源熱泵系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)，給出了高效優(yōu)化方法，相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)運(yùn)算，這種方法最優(yōu)運(yùn)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(jié)果驗(yàn)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(shù)比歐美等國起步晚，對(duì)它的研究工作始于二十世紀(jì)末，經(jīng)過各個(gè)院?？蒲腥藛T的努力，已經(jīng)取得了卓有成效的發(fā)展。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)步上升的背景下，新能源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目中進(jìn)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(xiàng)目中占據(jù)半壁江山，在全國范圍內(nèi)發(fā)揮了主導(dǎo)作用。同年，中國《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)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(shù)越來越多地應(yīng)用于建筑當(dāng)中，更有學(xué)者結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際案例來發(fā)現(xiàn)和解決問題，多種具有鮮明特點(diǎn)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)方案隨之出臺(tái)。地源熱泵技術(shù)在我國正在迅猛發(fā)展。本世紀(jì)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(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)研究驗(yàn)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(duì)象，對(duì)熱泵系統(tǒng)常年動(dòng)態(tài)運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷率、地源側(cè)回水溫度，用戶側(cè)回水溫度對(duì)熱泵機(jī)組性能系數(shù)影響最大。高承苗等在山東某區(qū)測(cè)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(shí)，性能系數(shù)有下降的現(xiàn)象、換熱器蓄熱量的嚴(yán)重缺乏等等，為解決這一問題，提出工業(yè)余熱耦合淺層地?zé)岬卦礋岜孟到y(tǒng)，研究證明，這種熱泵系統(tǒng)正在能夠帶來很好的運(yùn)行與環(huán)境效益。王恩宇等為天津的一個(gè)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(jìn)方案，然后建立了計(jì)算模型，并進(jìn)行了20年仿真，研究表明，雙機(jī)組熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行20年后，能效比比原有系統(tǒng)提升近1個(gè)百分點(diǎn)，比單機(jī)組熱泵系統(tǒng)好得多。3地源熱泵的特性與暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指標(biāo)3.1地源熱泵的特性3.1.1清潔性地源熱泵工作時(shí)，主要把地?zé)崮茉醋兂上到y(tǒng)整體暖通空調(diào)運(yùn)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(yīng)用于暖空調(diào)時(shí)，無需傳統(tǒng)空調(diào)要求空調(diào)外掛機(jī)，不會(huì)因?yàn)槭彝馀艧岫斐森h(huán)境空氣污染，噪聲污染，很少有對(duì)外部環(huán)境的污染與沖擊。3.1.2能效經(jīng)濟(jì)性傳統(tǒng)鍋爐熱轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)供熱，耗能小，經(jīng)濟(jì)成本低。制冷時(shí)，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(qǐng)?zhí)峁┝说卦礋岜门照{(diào)系統(tǒng)，其成本可降低約1/3，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)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(yùn)行的情況下，受中央計(jì)算機(jī)的全面管理與監(jiān)控，為了確保整個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)能夠在各種運(yùn)行條件下平穩(wěn)，可靠的運(yùn)行。同時(shí)HVAC系統(tǒng)還可通過管理員進(jìn)行遙控與調(diào)整，為了滿足用戶在特定場(chǎng)合的個(gè)性化需要。3.2暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指標(biāo)3.2.1凈化在暖通空調(diào)技術(shù)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，凈化就是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)，所謂凈化，是指暖通空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部安裝過濾裝置，達(dá)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(gè)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(jìn)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(shè)計(jì)。3.2.2溫度溫度控制又是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，工作廠區(qū)一般都有嚴(yán)格的要求。尤其在精度要求嚴(yán)格的加工環(huán)節(jié)中，工作人員要準(zhǔn)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(huì)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的幫助下對(duì)溫度進(jìn)行進(jìn)一步的控制。溫度控制的主要參數(shù)的對(duì)象主要是兩點(diǎn)，也就是回風(fēng)段的穩(wěn)定狀況及設(shè)定的定值。工作人員應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)的計(jì)算法得出結(jié)論，滿足設(shè)計(jì)要求后，有了溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的完全控制。4地源熱泵在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用4.1地埋管地源熱泵系統(tǒng)地下埋設(shè)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(diǎn)，在采暖空調(diào)領(lǐng)域得到應(yīng)用，其主要原理是以地下埋設(shè)管的封閉循環(huán)水為傳熱介質(zhì)交換能量。埋設(shè)管地源熱泵僅需少量熱泵機(jī)即可達(dá)到制冷或供暖功能，熱泵機(jī)可在房間與土壤之間完成換熱以達(dá)到房間制冷、供暖、熱水等目的。夏季埋設(shè)管地源熱泵以制冷作業(yè)為主，生活熱水為輔供給，整個(gè)地源熱泵空調(diào)機(jī)組埋設(shè)空調(diào)換熱器，水從高強(qiáng)度埋設(shè)管密閉回路中流動(dòng)，達(dá)到與地表層土壤的冷換熱，在室內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇盤，起到制冷作用。同時(shí)，利用空調(diào)機(jī)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(chǔ)存熱量的同時(shí)達(dá)到冷卻房屋內(nèi)部的目的。地下埋設(shè)管地源熱泵主要用于冬季地板采暖，供應(yīng)生活熱水。地下埋設(shè)管系統(tǒng)的工作原理是，埋設(shè)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(shè)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(shè)成本低。當(dāng)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(gè)主要組成部分，分別是戶外地源熱泵系統(tǒng)，水源熱泵機(jī)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(duì)地下水恒溫效果顯著，顯著提高地源熱泵能效，進(jìn)而降低電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益好。地源熱泵的性價(jià)比相對(duì)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)組中壓縮機(jī)將為冷媒作功，然后達(dá)到汽化一液化循環(huán)往復(fù)。從事制冷工作的時(shí)候，地源熱泵壓縮機(jī)啟動(dòng)向冷媒作功，使機(jī)組中水的汽液持續(xù)轉(zhuǎn)化。此時(shí)，冷媒從風(fēng)機(jī)盤內(nèi)吸熱，熱量最終經(jīng)由全機(jī)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(fēng)機(jī)盤對(duì)熱進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)了制冷。暖通空調(diào)在制熱運(yùn)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(fēng)機(jī)盤輸送熱量。當(dāng)?shù)叵聼崃吭丛床粩嗟貍鬟f到房間時(shí)，最后形成熱風(fēng)，借此為室內(nèi)供暖。5地源熱泵在暖通空調(diào)領(lǐng)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(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用于采暖空調(diào)設(shè)計(jì)具有十分廣闊的發(fā)展前景。其具體的工作原理，在技術(shù)上也得到了有力的科學(xué)理論依據(jù)的支持。合理利用地源熱泵技術(shù)，可以在促進(jìn)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)上，降低其造成的環(huán)境污染，從而促進(jìn)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(yīng)用還沒有全面流行，希望未來相關(guān)設(shè)計(jì)人員不斷取得突破性進(jìn)展，盡快實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)地源熱泵空調(diào)的推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)田浩,成晟.暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)思考[J].工程技術(shù)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(yīng)用[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué),2018.陳瀚.暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)試和分析[J].熱能動(dòng)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(yùn)行中的應(yīng)用[J].建筑熱能通風(fēng)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(xué)與技術(shù),2020,19(02):103-109.ShintaroI,WonjunC,RyozoO.Optimizationmethodformultipleheatsourceoperationincludinggroundsourceheatpumpconsideringdynamicvariationingroundtemper