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地源熱泵原理
隨著空調(diào)設(shè)備的日益普及，建筑耗能量勢必將迅猛增加，對大氣環(huán)境的污染也將日趨嚴(yán)重。如何在建筑熱舒適條件得到改善的條件下把建筑耗能量減下來，減輕對大氣環(huán)境的污染，成了暖通界人士首要其沖需要解決的問題。現(xiàn)階段，在保證使用功能不降低的情況下，我們應(yīng)采取各種有效的技術(shù)和管理措施，把新建房屋建筑的能耗較大幅度地降下來，對原有建筑物有計(jì)劃地進(jìn)行節(jié)能改造，達(dá)到節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境和提高人民生活質(zhì)量的目的[1].地源熱泵作為一種有益環(huán)境、節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)可行的建筑物供暖及制冷新技術(shù)越來越受到關(guān)注。它是利用地下相對穩(wěn)定的土壤溫度，通過媒介質(zhì)來獲取土壤內(nèi)冷(熱)能量的新型裝置，可一年四季方便地調(diào)節(jié)建筑內(nèi)的溫度。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉(zhuǎn)換，幾乎是一種能量的“搬運(yùn)”過程，因而其能量轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)營成本低。
同時(shí)，地源熱泵系統(tǒng)也為改善夏熱冬冷地區(qū)建筑熱條件這個(gè)世界性難題提供了很好的解決辦法;夏熱冬冷地區(qū)，其七月氣溫比同緯度其他地區(qū)一般高出2℃左右，是在這個(gè)緯度范圍內(nèi)除沙漠干旱地區(qū)以外最炎熱的地區(qū);再加上這個(gè)地區(qū)水網(wǎng)地帶多，十分潮濕，濕度常保持在80%左右，由于人體排汗難以揮發(fā)，普遍感到悶熱難受。而一月的氣溫比同緯度其他地區(qū)一般要低8—10℃，而且濕度又高，達(dá)到73%～83%[6];這期間日照相對又較少，潮濕水汽從人體中吸收熱量，因而陰冷寒涼。然而由于長江中下游地區(qū)是傳統(tǒng)上的非采暖地區(qū)，居住建筑缺乏節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能要比采暖地區(qū)差得多;夏季通常采用風(fēng)冷空調(diào)來供冷，冬天人們往往又借助于高位能的電來采暖。因此，該地區(qū)的能量使用效率相當(dāng)?shù)汀？紤]到該地區(qū)夏季供冷天數(shù)和冬季供熱天數(shù)相當(dāng)，地源熱泵系統(tǒng)可以充分發(fā)揮地下蓄能的特點(diǎn)，進(jìn)行能量季節(jié)遷移，用最少的能耗獲得較大的受益。
地源熱泵的分類及其各自特點(diǎn)
地源熱泵在國內(nèi)也被稱為地?zé)岜茫鶕?jù)利用地?zé)嵩吹姆N類和方式不同可以分為以下三類：土壤源熱泵或稱土壤耦合熱泵(GCHP)，地下水熱泵(GWHP)，地表水熱泵(SWHP)。
土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，熱泵的換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行冷熱交換。土壤源熱泵系統(tǒng)主機(jī)通常采用水—水或熱泵機(jī)組或水—?dú)鉄岜脵C(jī)組。根據(jù)地下熱交換器的布置形式，主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三類。
垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分為淺層(<30m)，中層(30～100m)和深層(>100m)三種。埋管深，地下巖土溫度比較穩(wěn)定，鉆孔占地面積較少，但相應(yīng)會(huì)帶來鉆孔、鉆孔設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和高承壓埋管的造價(jià)提高。總的來說，垂直埋管換熱器熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢在于：(1)占地面積小;(2)土壤的溫度和熱特性變化小;(3)需要的管材最少，泵耗能低;(4)能效比很高。而劣勢主要在于：由于相應(yīng)的施工設(shè)備和施工人員的缺乏，造價(jià)偏高。
水平埋管換熱器有單管和多管兩種形式。其中單管水平換熱器占地面積最大，雖然多管水平埋管換熱器占地面積有所減少，但管長應(yīng)相應(yīng)增加來補(bǔ)償相鄰管間的熱干擾。水平埋管換熱器熱泵系統(tǒng)由于施工設(shè)備廣泛使用而且施工人員易找，又加上許多家庭有足夠大的施工場地，因此造價(jià)就可以減下來。除需要較大場地外，水平埋管換熱器系統(tǒng)的劣勢還在于：運(yùn)行性能上不穩(wěn)定(由于淺層大地的溫度和熱特性隨著季節(jié)、降雨以及埋深而變化);泵耗能較高;系統(tǒng)效率降低。
蛇行埋管換熱器比較適用于場地有限又較經(jīng)濟(jì)的情況下。雖然挖掘量只有單管水平埋管換熱器20%～30%，但是用管量會(huì)明顯增加。這種方式優(yōu)缺點(diǎn)類似于水平埋管換熱器，所以有的文獻(xiàn)將其歸入水平埋管換熱器。
在冬季，地源熱泵系統(tǒng)通過埋在地下的封閉管道(稱為環(huán)路)從大地收集自然界的熱量，而后由環(huán)路中的循環(huán)水把熱量帶到室內(nèi)，再由裝在室內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)和熱交換器把大地的能量集中，并以較高的溫度釋放到室內(nèi)。
在夏季，此運(yùn)行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內(nèi)抽出的多余熱量排入環(huán)路而為大地所吸收，使房屋得到供冷。
地源熱泵：冬天不干燥、夏天不吹刺骨冷風(fēng)，舒適度比一般空調(diào)高50%。供冷、供熱、供生活熱水。高效節(jié)能環(huán)保，在全世界得到大力推廣。
