I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)。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，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，結合熱泵特性，對暖通空調(diào)設計中熱泵的運用進行了論述，旨在為相關人員提供參考。1緒論城市化的進一步發(fā)展，促進建筑行業(yè)不斷進步，使用者對于建筑空間有了更苛刻的需求，促進暖通空調(diào)系統(tǒng)得到更大的發(fā)展。但空調(diào)的大量使用，將對自然環(huán)境造成嚴重的影響，耗費了巨大的能量。以可持續(xù)發(fā)展為思想基礎，設計師要科學地設計空調(diào)，為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。使用地源熱泵能更好的滿足建筑要求，實現(xiàn)節(jié)能減排，所以引起業(yè)內(nèi)人士極大關注。地源熱泵技術首先引進英美等國。后隨空調(diào)技術發(fā)展及對外開放引進我國。其實從建筑內(nèi)部的系統(tǒng)來看、由地下?lián)Q熱系統(tǒng)與水源熱泵機組構成的空調(diào)系統(tǒng)，采用巖石作為載體，利用地表水或者地下水作為低溫熱源。按地熱利用途徑，地源熱泵分為兩類：地下水地源熱泵系統(tǒng)等、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)設計采用地源熱泵通常為地源熱泵系統(tǒng)。具體是暖通空調(diào)冷凝器或者蒸發(fā)器設置于建筑地面下，以土壤，水作傳熱介質(zhì)，實現(xiàn)傳熱。地源熱泵對地表熱能進行采集和存儲，實現(xiàn)了整個大樓內(nèi)部和外部熱交換。地源熱泵利用土壤作為能量來源，所以將其運用到暖通空調(diào)設計中，能夠減少能耗，弱化環(huán)境損害。1.1地源熱泵的原理與特性1.1.1地源熱泵的原理所謂的地源熱泵，它是把冷凝器或者蒸發(fā)器直接埋入空調(diào)系統(tǒng)，和大地交換熱量，或通過閉合回路中水和其他中間介質(zhì)的循環(huán)流動，與大地完成熱交換。相對于傳統(tǒng)空調(diào)而言，地源熱泵熱源取自于地球。冬季用熱泵增加土壤低位熱能，滿足建筑供熱需要，同時可在冬季貯存冷能以備夏季使用。夏天把建筑內(nèi)部熱量與地面進行交換，為了滿足建筑制冷需要，冬天把熱貯存起來，以備利用。與冰箱類似熱泵裝置按逆卡諾循環(huán)運行，但這2種設備工作溫度范圍不一樣，見圖1，圖2。圖1地源熱泵工作原理示意圖2地源熱泵系統(tǒng)示意如圖1所示，Ta為環(huán)境溫度；To指低溫物體；Th為高溫物體所處溫度；a為熱泵裝置用于吸收周圍環(huán)境的熱，轉移到高溫物體上；b為冰箱從低溫物體上吸熱，傳遞給周圍環(huán)境；c為制冷和制熱聯(lián)合循環(huán)機，通過對低溫物體的吸熱制冷，然后把熱量傳給加熱的物體以達到制熱的目的。地源熱泵與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面。（1）經(jīng)濟效益顯著。地源熱泵冷卻系統(tǒng)運行時，可以得到更低的冷凝溫度，它的冷卻效果比風冷系統(tǒng)或者冷卻塔系統(tǒng)要好。根據(jù)有關統(tǒng)計表明：地源熱泵暖通空調(diào)供熱系統(tǒng)運行成本可以減少三分之一，制冷系統(tǒng)的運行費用，甚至可以減少二分之一。（2）維護成本低廉。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)埋設于地下。相對于常規(guī)露天安裝空調(diào)系統(tǒng)，極大的降低了設備損壞的幾率，結構緊湊，機組結構還可以節(jié)約空間。整套系統(tǒng)折舊及維護費用都比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)低得多。另外地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的自動化控制程度也比較高，能夠實現(xiàn)遠程管理，無人值守操作，極大地降低維護成本。另外其生態(tài)效益也較高。夏季地源熱泵把室內(nèi)的熱量排出室外，冬天把地下的熱量傳遞給房間。排放到環(huán)境中的污染物較少且生態(tài)效益較高。（3）節(jié)約空間。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)所需要的設備較少，安裝多埋設于地下，極大的減少占地面積，系統(tǒng)外觀更漂亮，更整齊。1.1.2地源熱泵的特性（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。（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）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。1.2空氣源熱泵技術的原理與特性1.2.1空氣源熱泵技術的原理空氣源熱泵是一種先進性很高的新型能源，與太陽能技術和地能技術有很多相似之處，這兩種技術都合理使用周邊環(huán)境的免費能源，節(jié)能環(huán)保效果很好?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)結構包括壓縮裝置、蒸發(fā)裝置、冷凝裝置、節(jié)流裝置（圖1）。圖1空氣源熱泵主要組成結構空氣源熱泵按其容量可分為小型、中型、大型三種，根據(jù)組合方式的不同，有整體式與模塊化兩種?？諝庠礋岜枚嗖捎每ㄖZ循環(huán)與逆卡諾循環(huán)聯(lián)合運行?？ㄖZ循環(huán)為可逆熱力學循環(huán)，它將恒溫過程與絕熱過程相結合。逆卡諾循環(huán)是一種能量利用過程，主要利用循環(huán)過程中的散熱特性來滿足熱泵的需求。是一種以技術手段把低位熱源輸入高位熱源進行能量利用的技術。在空氣源熱泵工作的情況下，蒸發(fā)器的主要用途是吸收周圍環(huán)境的熱能，以便對傳熱材料進行蒸發(fā)，以及通過壓縮裝置，使傳熱材料溫度升高，壓力降低。經(jīng)過冷凝裝置，通過傳熱材料的熱對熱泵箱中的水分進行加熱，達到空氣源熱泵供熱的目的。與此同時，在傳熱任務結束時，傳熱物料經(jīng)閥門回流到蒸發(fā)裝置中，啟動下輪增壓，升溫，傳熱等周期。1.2.2空氣源熱泵技術的特性（1）適用范圍較廣與太陽能相比，空氣源熱泵有著更為廣闊的用途。不管是晴還是雨、白天或晚上，對于空氣源熱泵運行均沒有顯著影響。但是適用于空氣源熱泵室外環(huán)境溫度在7~40之間，與太陽能相比，空氣源熱泵運行時間更長?？諝庠礋岜靡材苋旃┡?，滿足了建筑用戶對于供暖系統(tǒng)多方面的需求，然后協(xié)助自動化，智能化技術的發(fā)展?？諝庠礋岜每照{(diào)日益增多，可用于向較好建筑供應熱水或者制冷，最主要的一個要素?？諝庠礋岜每照{(diào)在中國南方，北京等地得到了廣泛的應用、我國北方地區(qū)，如濟南，冬季溫濕度。結霜對于空氣源熱泵系統(tǒng)正常工作幾乎沒有影響，所以，空氣源熱泵空調(diào)的應用是比較迅速。伴隨著相關科技的發(fā)展與進步，空氣源熱泵空調(diào)結霜問題已經(jīng)有了顯著改善，促進了其進一步推廣應用。（2）運行成本較低空氣源熱泵空調(diào)運行中還需要部分電能，但與氣能和純電能空調(diào)相比，空氣源熱泵系統(tǒng)對電能的要求和消耗要小得多，與電輔助加熱太陽能裝置相比空氣源熱泵系統(tǒng)存在于電能損耗問題。運行成本低廉的這一特性，是空氣源熱泵空調(diào)吸引用戶的有利條件，空氣源熱泵空調(diào)也越來越受到廣泛的重視和應用。（3）環(huán)保效果較好空氣源熱泵所需能源以周邊環(huán)境空氣能源為主，耗電量在系統(tǒng)運行中也僅占有最小比例，這樣，空氣源熱泵空調(diào)就很少有廢氣排放，也很少有燃燒后的殘余物及其他污染物。基于此空氣源熱泵系統(tǒng)不需要配置冷卻水系統(tǒng)，極大地減少空氣源熱泵系統(tǒng)在運行時冷卻水流失，顯著提高了其安全衛(wèi)生標準，本實用新型在不污染周邊自然生態(tài)環(huán)境的同時，不危害用戶健康在不知不覺中提高空氣源熱泵空調(diào)的使用性，提高節(jié)能環(huán)保性和社會效益。（4）易于安裝和維護大部分空氣源熱泵系統(tǒng)都是冷、熱源一體化的機組，在加裝空氣源熱泵系統(tǒng)后，不需要單獨配置加熱室和制冷機房，從空間占用來看，不需要設置很多設備，而且設備安裝施工工藝也比較簡單無論是家庭式小型空氣源熱泵空調(diào)機組，還是高層建筑用集中式供熱，供水機組都比較容易進行設備的安裝和維修。并且空氣源熱泵空調(diào)受到周圍環(huán)境因素的影響很小，但是，由于地域因素的影響。究其原因，主要是因為我國一些地區(qū)在冬季室外環(huán)境溫度偏低，濕度過高，這些環(huán)境因素都可能導致空氣源熱泵系統(tǒng)換熱器的表面結霜現(xiàn)象，使得換熱器的熱阻變大，影響了換熱器及空氣源熱泵系統(tǒng)安全運行，平穩(wěn)的運行產(chǎn)生了影響。另外空氣源熱泵系統(tǒng)運行時往往會出現(xiàn)高溫高壓的現(xiàn)象，易加快壓縮機及其它設備老化速度。1.3水源熱泵技術的原理與特性1.3.1水源熱泵技術的原理水源熱泵技術以地表淺層水源為主，根據(jù)熱泵技術原理輸入微量優(yōu)質(zhì)電能，從而使低位熱能向高處移動，將該技術應用于暖通空調(diào)系統(tǒng)利用水源熱泵相關裝置代替現(xiàn)有的鍋爐及冷凍供暖裝置，將水資源作為介質(zhì)儲存熱能及其他能量，在輸送到指定場所時，能夠釋放儲存的能量還可以利用壓縮機或其他裝置達到功耗最小化和最佳供暖效果，完全滿足室溫調(diào)節(jié)的要求。水源熱泵的具體工作過程如下圖所示，一是工質(zhì)1、工質(zhì)2、工質(zhì)3分別為熱源水、介質(zhì)水及循環(huán)水，熱源水在通過熱泵時吸收大量熱能并蒸發(fā)，壓縮后溫度進一步上升、輸送，將熱量釋放到目的地。它主要通過低位熱能和壓縮機釋放。它能完全滿足建筑物供暖所需的熱能。圖2水源熱泵的具體工作流程1.3.2水源熱泵技術的特性（1）對可再生能源的利用水源熱泵技術是以表層淺層水為能量源，在輸送過程中進行能量轉換，地球表層淺層水和土壤就像熱能收集器，它所含的熱能基本上是從太陽釋放出來的，雖然它們只是總熱能的一半比世界上人類的年消耗能源多數(shù)百倍。采用水源熱泵技術，可重復使用幾乎無限再生地表淺層的可再生能源，并將其應用于建筑物供暖空調(diào)工程，達到環(huán)保供暖目的。同時，利用水源熱泵技術利用地表淺水作為供暖能源，但沒有污染當前區(qū)域地表、地下水，主要是因為水源在運輸和加壓過程中，將其所含的熱量在不影響水質(zhì)的情況下進行交換，當水源回流到地表，返回地下時由于沒有污染原地表水和地下水，水源熱泵被認為是非常清潔的，屬于環(huán)保技術。（2）利用高效供暖技術實現(xiàn)經(jīng)濟節(jié)能水源熱泵使用的地表淺層水溫度不變，無論季節(jié)水溫在10~25℃之間，水源冬季高于環(huán)境溫度，夏季水源溫度低于環(huán)境溫度，因此是良好的供暖、制冷能源。由于地表淺層水具有以上特點，水源熱泵供暖系數(shù)可達3.6-4.1。利用鍋爐、電能等供熱設備，只能將部分燃料轉化為熱能輸送到建筑物內(nèi)，不僅供暖效果差，而且能耗大。另外，通過與空氣源熱泵比較，可知空氣源供暖系數(shù)小，由此可知水源熱泵的能量利用效率高，另外，由于前面所述的地表淺層水具有恒溫等特性，因此水源熱泵系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定地供暖而且它具有更好的經(jīng)濟性。（3）應用范圍廣泛水源熱泵技術的運用，不僅可以為建筑物供熱，而且還可以提供熱水，一項技術可以發(fā)揮多種作用，甚至可以用一套水源熱泵系統(tǒng)代替原鍋爐供暖、空調(diào)，特別需要供暖可適用于需要制冷的樓宇，水源熱泵可以較好的滿足需要。在此基礎上，采用水源熱泵技術能夠極大地節(jié)約能源。采用水源熱泵設備1套，當職能多樣化，完全能夠減少設備的成本。同時水源熱泵技術得到廣泛應用，不只用于寫字樓、商場和其他建筑物，也可用于住宅和別墅、公寓和其他一些小裝置。（4）供熱制冷相對靈活不同地區(qū)建筑所需的供熱，制冷功能也不同，一些地區(qū)建筑要求制冷，還有一些建筑需要供熱，在這種情況下需要設置更靈活的供暖、制冷設備，水源熱泵可以達到供暖和制冷的雙重作用從而確保建筑物內(nèi)部的溫度達到均衡，也不需要投入過多的能量。由于采用了水源熱泵技術，與現(xiàn)有技術相比，不僅不需要建設專用制冷機房，也不需要建立大通風、鍋爐和其他裝置，從而顯著減少了應用該技術所需的資金費用。通過使用水源熱泵技術進行供暖空調(diào)，可以去除水管的保溫功能，從而降低管道的維護費用。但是，有供給量、制冷量的需求大的水源熱泵暖通空調(diào)裝置，這些壓縮機通常搭載大功率壓縮機。這樣的壓縮機在工作時噪音大，因此必須考慮設置過程中的噪音降低處理問題。1.4暖通空調(diào)設計指標1.4.1凈化在暖通空調(diào)技術設計過程中，凈化是重要性的標志，即我們所說的凈化，是指暖通空調(diào)系統(tǒng)中裝有過濾裝置的空調(diào)，本實用新型實現(xiàn)了空氣的凈化，通過所述過濾裝置吸入空氣，通過過濾網(wǎng)之一，過濾空氣中的有害物質(zhì)經(jīng)過這一工藝加工，使空氣更加清潔、清新，進一步提高人們的生活質(zhì)量，等等。另外，即使是空氣清潔度比較好的區(qū)域，在本設計中也是同樣的。1.4.2溫度在供暖空調(diào)設計中，溫度控制也是一項重要的技術指標，車間通常要求很嚴格。在對精度要求特別嚴格的加工階段，員工必須精確控制溫度的變化范圍。否則，工件合格率可能降低。因此，操作者通常使用自動控制系統(tǒng)進一步控制溫度。溫度控制的主要參數(shù)對象有兩個點：返回區(qū)的穩(wěn)定狀態(tài)和設定值。員工應根據(jù)相關計算法得出結論，在達到設計要求后，安裝溫度傳感器，以達到溫度完全可控的目的。2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。周廣研究了“太陽能-地源聯(lián)合熱泵”系統(tǒng)，概述了系統(tǒng)實際應用方案及其特點，指出太陽能對減少常規(guī)能源消耗有明顯環(huán)境效益。他注意到當太陽能分開利用的時候，在環(huán)境天氣的作用下，例如寒冷天氣，陰天或者下雪天等，因此太陽能不足，但是地熱能比較穩(wěn)定，太陽能和地源相結合，相輔相成。太陽能集熱器和地源熱泵系統(tǒng)的組合，無論從理論還是從技術上講，均能滿足建筑供暖或者制冷需求。恒力對地源熱泵系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些主要問題進行了分析，例如水流量的控制，室溫的調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)難以進行自適應調(diào)節(jié)、系統(tǒng)控制器的控制能力受到限制等等。分別對地源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，水系統(tǒng)存在著諸多不合理流量控制問題。例如，在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，使用的是恒流的給水，沒能對水系統(tǒng)水流量進行調(diào)整；已有的部分水系統(tǒng)控制系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)無法及時地反映出調(diào)節(jié)變化情況，引起系統(tǒng)水力或熱力失調(diào)的現(xiàn)象；整個體系尚存在著這樣那樣的問題，例如，某些水系統(tǒng)控制的響應特性較差，控制參數(shù)紊亂，還造成了空調(diào)系統(tǒng)的不能正常工作。對水系統(tǒng)進行節(jié)流調(diào)節(jié)，主要通過對各個管路上閥門進行調(diào)控。毛鵬飛就地下水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能控制問題進行分析和研究。地下水源熱泵系統(tǒng)使用的是電能，使地下水低位能變?yōu)楦呶荒?。若系統(tǒng)所供給電壓存在諧波效應，機組自動進行檢測識別，并且停止機械運行。若電壓平穩(wěn)，該智能系統(tǒng)能夠自動回到運行狀態(tài)，智能控制技術能夠提高機械設備使用壽命，節(jié)約工程開支。3常見熱泵技術的應用概況3.1地下水源熱泵應用概況3.1.1地下水源熱泵的使用條件及概況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。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。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。3.1.2地下水源熱泵的應用工程實例該案例項目原為車間，后改為居住區(qū)，設有中央空調(diào)供暖系統(tǒng)，周邊水資源充足，地下水溫達到地下水源熱泵系統(tǒng)規(guī)范要求，總建筑面積15376m2，層高39m。包括少量辦公區(qū)，為改善居住和辦公條件，達到較低能耗，滿足調(diào)溫需求，更新區(qū)內(nèi)原調(diào)溫系統(tǒng)，利用地下水源熱泵系統(tǒng)。項目采用管井取水，在采暖區(qū)內(nèi)新建3口井，平均出水量3200天。各口水井可達到供水和再灌溉的雙重作用，井使用后常抽水供水活動引起的地下水位無波動，使系統(tǒng)運行對周圍環(huán)境的影響降至最低。此外，還可節(jié)省水體占地空間，延長水晶使用壽命，增加個別水井設備年使用天數(shù)。機房水系統(tǒng)包括水源循環(huán)系統(tǒng)和空調(diào)水源循環(huán)系統(tǒng)。避免長期使用淤泥堆積，影響出水口利用效率，同時增加兩個復合過濾器，定期去除循環(huán)水系統(tǒng)中的雜質(zhì)。3.2水環(huán)熱泵應用概況3.2.1水環(huán)熱泵的使用條件及概況我國建筑行業(yè)暖通空調(diào)系統(tǒng)施工，水環(huán)熱泵技術的應用已經(jīng)有很多年的歷史了。在此過程中，有關員工累積經(jīng)驗，開展了一些創(chuàng)新與探索，所以不管是設計方面，還是實際安裝方面，均有著完美的施工經(jīng)驗。盡管水環(huán)熱泵應用于暖通空調(diào)領域已取得了不少成功實例，但宏觀上，這一技術在應用過程中尚存在著一定的開發(fā)問題，比如地區(qū)差異。根據(jù)我國地域遼闊，不同區(qū)域發(fā)展，文化背景下、地質(zhì)條件各異，各區(qū)域經(jīng)濟條件亦參差不齊，也使得水環(huán)熱泵技術的推廣和應用出現(xiàn)問題。再加上水環(huán)熱泵技術應用期間，有關工作者常常忽視根據(jù)建筑物所處區(qū)域的實際狀況來運用這一技術所具有的意義，還常常忽視各區(qū)域間不同氣候，地質(zhì)條件的影響。相比之下，他們更注重水環(huán)熱泵技術的優(yōu)勢，而較少注意各區(qū)域間環(huán)境差異，各建筑間能耗差異等。除以上問題外，與水環(huán)熱泵技術運用有關的設計人員層次不高，這也是導致當前該項技術在我國很難得到普及的主要原因，由于一些設計人員缺乏經(jīng)驗。當今社會與人民群眾對水環(huán)熱泵技術運用十分重視，但是水環(huán)熱泵技術運用于暖通空調(diào)還需進一步研究與創(chuàng)新。當前，針對暖通空調(diào)用水環(huán)熱泵技術進行研究，回注水的水質(zhì)一定要好于地下水及淺層地表水，這樣才符合要求，以免給水環(huán)水質(zhì)帶來不利，甚至產(chǎn)生污染問題。為了確?；刈⑺|(zhì)達到要求，在水環(huán)熱泵暖通空調(diào)的長時間運行中，需要加強養(yǎng)護。同時回注技術使用情況還和當?shù)氐刭|(zhì)條件有直接關系，需結合本地實際，進行具體分析。此外，若回灌技術不高，易造成地下水向不同底層補給。長期下去不僅造成地下水的污染，會造成區(qū)域底層缺乏穩(wěn)定性，甚至出現(xiàn)沉降事故，回灌水量亦有一定的作用。3.2.2水環(huán)熱泵的應用工程實例該建筑地下一層，地上四層，總面積約15000平方米，由大廳和大門組成，零售店和其他主要客房，對多層商業(yè)建筑。利用負荷計算軟件，大樓夏季冷負荷峰值達到2210kW，建筑面積冷負荷指標達到148W/m2，冬季熱負荷峰值達到1150kW，建筑面積熱負荷指標達到77W/m2。樓宇使用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，冷源通過屋頂閉式冷卻塔向水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的共同環(huán)路輸送32℃/37℃循環(huán)水。在閉式冷卻塔上安裝有用于使集水槽在冬季運轉中不凍結冷卻塔的伴熱器。熱源來自地下一層設置的燃氣真空熱水器，地下室一層熱水器室有2臺50萬卡路里的燃氣真空熱水器，一臺額定供熱量582kW，熱水器內(nèi)部有熱交換器，一臺天然氣消耗量61.7NCMH（低位熱值：按8400kcal/Nm3計算），供氣系統(tǒng)由燃氣公司設計是設置的系統(tǒng)。通過調(diào)整氣體真空熱水機組的燃燒器氣體量和旁通閥開度，向水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的共同回路供給16℃/21℃循環(huán)水。商鋪、房地產(chǎn)辦公室等室內(nèi)機均采用整體式水環(huán)熱泵空調(diào)處理機組（揚重）+全熱交換器新風機組。送風口為兩層百葉風口，所述送風口為單層百葉風口。氣流組織為頂送頂回。新風從室外收集，經(jīng)過全熱交換器機組加工后，通過新風管送入各室內(nèi)。中庭式室內(nèi)機采用一體型水環(huán)熱泵空調(diào)處理單元（吊裝）。送風口為溫控球形噴射口或溫控條形送風口，所述送風口為單層百葉風口，氣流組織采用側送頂回方式。室內(nèi)通道、大廳等公共區(qū)室內(nèi)機采用整體式水環(huán)熱泵空調(diào)處理單元（吊裝）。所述送風口為溫度控制方形擴散器的送風口，所述送風口為單層百葉風口，氣流組織為頂送頂回。3.3空氣源熱泵應用概況3.3.1空氣源熱泵的使用條件及概況變頻壓縮機技術和射流焓化技術主要用于改善空氣源熱泵系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的內(nèi)循環(huán)量降低。其中，射流增焓技術用于取出部分冷凝器節(jié)流處理后制冷劑，經(jīng)熱交換裝置進行熱交換，并與空氣源熱泵系統(tǒng)的噴氣口部位連通，所以提高廢氣壓力對于增大空氣源熱泵系統(tǒng)循環(huán)風量效果十分明顯。通過結合變頻壓縮機技術和噴射增焓技術，無論是在高溫環(huán)境制冷還是低溫環(huán)境制熱，空氣源熱泵空調(diào)均能顯著提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，提高工作效率。變頻壓縮技術在空氣源熱泵空調(diào)中的合理運用，既能降低空氣源熱泵空調(diào)給電網(wǎng)帶來的影響，同時也能改善空氣源熱泵空調(diào)節(jié)能效果。雙極耦合熱泵技術的應用，主要是為了改善空氣源熱泵系統(tǒng)采暖變差的狀況，其原理主要是將多臺空氣源熱泵合理地結合起來，協(xié)同工作，使一級空氣源熱泵系統(tǒng)能夠正常工作儲存一定數(shù)量的加熱處理后的熱水。與第二級空氣源熱泵系統(tǒng)連接，本系統(tǒng)采用第一級空氣源熱泵系統(tǒng)中存儲的熱水作為主能量來源，同時擔負為用戶供應熱水等業(yè)務的單位。應當看到，在使用雙極耦合熱泵技術之后，每次由空氣源熱泵系統(tǒng)提供并存儲的熱水通常約為15，兩空氣源熱泵系統(tǒng)壓力比需調(diào)整，為了確保雙極耦合熱泵系統(tǒng)能夠安全，平穩(wěn)地運行。雙極耦合熱泵技術的優(yōu)勢在于：（1）環(huán)境因素作用時，不管空氣源熱泵系統(tǒng)在單次運行過程中有無結霜，均不影響二次熱泵的正常運行。本實用新型能夠確保室內(nèi)供熱的穩(wěn)定性。（2）設計雙極性耦合熱泵系統(tǒng)時，可根據(jù)外界環(huán)境變化作適當調(diào)節(jié)。外界環(huán)境溫度偏低會造成熱泵系統(tǒng)的結霜。在雙極性系統(tǒng)打開的時候，主熱泵系統(tǒng)能夠在外界環(huán)境溫度高的情況下獨立打開，有利于減少雙極耦合熱泵系統(tǒng)工作時的能量損失。以CO2為工質(zhì)，對空氣源熱泵系統(tǒng)進行了研究，除了成本低、安全性高的優(yōu)點外，同時制冷加熱效率高，CO2熱泵已經(jīng)很好地運用于空氣源熱泵空調(diào)領域，但是CO2熱泵技術的使用有其局限性。例如，空氣源熱泵系統(tǒng)在運行過程中，內(nèi)部壓力過大，由熱泵系統(tǒng)各組成部分顯著提高空氣源熱泵空調(diào)制造成本，因此需要進一步研究和完善CO2熱泵技術?？諝庠礋岜门c地面輻射聯(lián)用是將空氣源熱泵技術應用于室內(nèi)供暖的有效措施之一。在空氣源熱泵系統(tǒng)正常工作的情況下，溫水加溫的上限為50℃左右，而在普通的室內(nèi)供暖放熱裝置中，需要70℃左右的水溫，是目前限制空氣源熱泵技術應用于室內(nèi)供暖的主要原因之一。地板采暖是目前應用比較廣泛的一種，是采暖效果更好的室內(nèi)采暖方式，是空氣源熱泵系統(tǒng)與地板輻射的合理組合，并且適當改善了地板輻射問題，本實用新型不僅可以確保室內(nèi)采暖效果，還可以實現(xiàn)采暖成本的降低還是比較干凈，環(huán)保型室內(nèi)供暖方式。地面輻射的改善可以從以下兩個方面著手：（1）地下線圈間距根據(jù)室內(nèi)實際情況適當減小，有利于降低輻射線圈的供水溫差；（2）可以提高輻射線圈的運行效率，而且可以減少地板采暖所需的熱水溫度。將空氣源熱泵和太陽能結合起來，效果更好、比較節(jié)能的辦法，是利用能源的理想途徑。氣候，光照條件良好時，可采用太陽能作為空調(diào)的主要能量來源。此時，空氣源熱泵系統(tǒng)在低耗運行方式下，在氣候和光照條件差的時段，還可以使空氣源熱泵系統(tǒng)恢復到正常工作這就需要結合空氣源熱泵系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)的具體情況來考慮，建設相應的智能化、自動化控制系統(tǒng)等，外部環(huán)境狀況由控制系統(tǒng)實時監(jiān)控，針對室內(nèi)供暖和熱水的需求能合理調(diào)節(jié)空氣源熱泵系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)，不僅保證供暖安全、穩(wěn)定運行，還能提高周邊資源利用效率。3.3.2空氣源熱泵的應用工程實例本文實例分析供暖項目位于我國河南省鄭州市，該區(qū)屬暖溫帶大陸季風型，冬冷夏熱。項目供暖總面積10.78萬m2，共同修建熱源站1座，供熱管網(wǎng)全長約6350m，遠程控制系統(tǒng)1套。采暖建筑為框架結構、節(jié)能型。建設內(nèi)容以供暖熱源站建設為主、供熱管網(wǎng)建設、建設物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)。本項目住宅供暖系統(tǒng)日運行時間為24h，供暖期為11月15日至次年的3月15日，全年共120天，共計運營2880h/季。據(jù)該地區(qū)冬季室外氣溫為-3.8°C，項目室內(nèi)設計溫度應不低于18°C。本工程房屋完工時間2010年，墻體上設置有外保溫結構，按照當?shù)鼐幼〗ㄖ?jié)能設計標準，設計供熱指標均以45W/m2為宜。本項目采用某空氣源熱泵供暖，產(chǎn)品名義制熱量為175kW，消耗總電功率52kW，共配置空氣源熱泵機組25臺?？諝庠礋岜脵C組的附屬設備由6臺循環(huán)水泵，1臺補水泵組成，軟化水系統(tǒng)1套。項目所需能源為電力，耗能工質(zhì)主要為水。經(jīng)過分析論證，核算評價，得出本工程所耗能源：本項目供熱改造結束，項目年綜合能源消費量當量折標為210.72tce，其中電力消費171.46萬kWh。其中，電力消耗核算分析采用《工業(yè)與民用配電手冊》方法，項目電力消耗是以工藝用電為基準、輔助生產(chǎn)和附屬生產(chǎn)設施用電等，項目的需要系數(shù)，就是根據(jù)項目的實際情況進行選型，電力核算的計算過程如下：裝置計算功率等于額定功率×工作臺數(shù)×裝置需要系數(shù)；年設備用電量=年設備組的有功功率×年平均有功負荷系數(shù)×年運行時間；各子項年用電量為各系統(tǒng)所有設備年用電量之和：線路損耗年用電量=各子項目年用電量之和×線路損耗2%。本項目年節(jié)約能耗折標煤393.47t，通過查詢《全國各省燃煤含硫量和灰分、揮發(fā)分含量匯總表》可知，該地區(qū)煙煤灰分含量為8.18%，揮發(fā)分含量10.77%、全硫含量0.45%。通過計算鍋爐煙氣計算系數(shù)，可以得出SO2的生成量為240.01t，粉煤灰產(chǎn)量40.92t，一氧化氮的生成量為1.97t。4結論從整體上看，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