暖通空调设计中地源热泵的运用

■陈 跃 ■太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024

随着科学技术和社会经济的不断发展，我国的暖通空调行业也迅猛发展起来，暖通空调开始走进平常百姓家。一直以来，人们对于空调的安全性、可靠性以及舒适性比较重视，所以，暖通空调设计中的地源热泵推广和普及也就成为了必然趋势。然而，地源热泵的普及也为其使用、检修和维护带来了新的更高的挑战，因此，我们应该加强对其结构原理的认识，普及检修知识，为其运用以及人们安全舒适的进行生产生活打下良好的基础。

1 暖通空调设计中的地源热泵概述

随着世界科学技术水平的不断提高，暖通空调技术也逐渐发展起来。最初的暖通空调属于单一取暖的形式:20 世纪20 年代初美国首先发明了利用冷却液加热后发出热量调节室内的温度的方法，到20 世纪20 年代已经发展到兼有加热器、鼓风机等的供热系统，形成了现代暖通空调系统的雏形，为其发展奠定了基础。直到今天，在我国的一部分小型低配置空调上还在使用单一的供暖系统。20 世纪30 年代末，日本的某空调公司首次安装了机械制冷降温的空调系统，成为暖通空调的崛起者。这种空调系统由于只能起到制冷作用，我们称之为单一制冷系统。到了20 世纪50 年代，日本的空调公司在朗茨那牌空调上首次安装了冷暖一体化的空调系统，此时的暖通空调具备了同时调节室内温度、湿度以及通风、过滤、除霜的作用。这种暖通空调系统是使用量最高最佳的一种系统。20 世纪60 年代以后，由于智能化的迅速发展，自动控制暖通空调出现。冷暖一体化的暖通空调还需要人为的控制，这很明显在一定程度上把操作复杂化了，同时，控制的效果也不会很理想。1961 年，日本的空调公司在朗茨那牌空调上安装了自动控制的暖通空调系统，人们只需要提前设置好温度，暖通空调系统便会进行自动控制和调节，最终达到设置好的温度。20 世纪70 年代，微机控制空调出现。1974 年，日本的十铃空调公司研发了通过电脑进行控制的暖通空调系统，1978 年，此系统得到了广泛应用。由于微机控制空调不仅能控制室内温度、湿度和通风，还能进行显示数字化以及部分故障自动化清除，这一进展使得暖通空调技术发展到了一个新的高度。现在的高档全自动空调系统能够依照室内环境以及人的最适宜温湿度自动进行调节，很大程度上提高了空调系统的调节效率和效果。

2 暖通空调设计中地源热泵的结构原理

地源热泵主要包括制冷系统、暖风系统、通风系统、除湿系统、加湿系统、空气过滤系统以及控制系统等。制冷系统的工作原理是先冷却热交换器，再冷却由鼓风机吹进室内的空气，达到制冷通风的效果。如果室内水分较大，由蒸发器冷却之后水分会冷凝起来，起到除湿的作用。暖风系统的主要作用是取暖和除霜，地源热泵是利用地下的热量提高室内的温度。通风系统是把室外的新鲜空气抽进室内，达到通风和换气的目的。所有地源热泵的工作原理基本一致，即用人工方法在室内制造尽量使人感到舒适的环境条件。炎热的天气采用制冷方法，降低室内温度。制冷方法多种多样，室内采用的热泵制冷方法主要是通过做功进行制冷降温。而在寒冷的冬天则是利用大地作为热源的热泵，为室内提供适宜的温度。

3 暖通空调设计中地源热泵的运用

暖通空调设计中地源热泵包括冷冻水、冷却水及热交换器系统、通风及空气调节系统、中央空调变流量系统三部分。对于冷冻水、冷却水及热交换系统的使用应该注意以下几个方面:在技术水平较高、冷水机组自身控制条件较好的情况下，应该设置冷却水的出水温度大于五摄氏度，对空调的运行参数和控制参数进行合理的设定，增多冷水的供应，减小出水温差，降低冷水流量。通风及地源热泵系统应该按照之前设置好的时间进行最高最佳的开启、关闭等节能方法。依照冷却水的供应、回水的温差和流量值的规律，随时对建筑物的实际消耗能量进行调节和控制，调整空调的运行台数和运行顺序。当空调变流量系统采用变速地源热泵时，供、回水总管上最好不要设置旁通电动阀。当空调水系统末端设备采用电动三通阀时，空调水系统不应设置压差旁通控制。对于规模不大、电流量浮动较小的室内，应该依照供、回水温差控制冷水机组的运行台数和运行顺序，控制方法一般为自动控制和手动控制两种。对于规模比较大、电流量浮动较大、智能化水平要求比较高的建筑，应该优先设置好采用冷却水机组的运行顺序，且在设计时就必须确定空调运行顺序控制的边界条件。冷却水机组和相关的电器应该有对应的开启、关闭联接。空调地源热泵的运行必须和冷却水机组相适应，因此，空调地源热泵的运行顺序也可依照冷却水的流量变化来决定。在安全可靠，经济允许且节能潜力较大的情况下，对空调的适应性和控制系统方案等进行技术论证后，可以选择和空调控制系统相结合的变频控制方法，这种变频控制方法的频率和冷水机组的频率一致。依照供、回冷水温差控制空调地源热泵的频率。对于那些具有缓急性特征曲线的地源热泵，应该选择温差调节方式会比较节能。在空调运行之前，应该对空调地源热泵的最低频率进行设置，最低频率由空调地源热泵的旋转速度和冷却水机组的最小温差决定。一台变频器只能对一台地源热泵进行调节，当多台地源热泵同时运行时，它们的频率应该保持一致。空调冷却水机组的末端应该选择电动三通阀进行控制。冷水机组的运行台数的确定与二次水环路的供、回水温差以及冷水流量的实际需求有关。一类空调地源热泵的运行台数选择和冷却水机组运行顺序的控制方法一致，一般一类空调地源热泵与冷水机组额开启和关闭联结在一起。二类空调地源热泵的运行台数选择应该采用温差调节方法来确定，但是，空调冷水机组转换的稳定性和调节幅度会受到限制。根据用户测定的冷水机组实际流量值与二类空调地源热泵设定流量值相比较，确定二类空调地源热泵运行顺序。二类空调地源热泵变速调节拧制采用变速调节控制比采用地源热泵台数控制的方法更节能。二类空调地源热泵变速调节拧制应该采用供、回水压差或采用系统出口总管压力信号进行控制。在保证供、回水温差的同时，也可根据典型立管环路末端最不利处压差信号进行控制。采用变速调节控制时，其运行地源热泵的频率宜相同，并应设置最低频率，以防止地源热泵堵转。二次泵空调水系统的末端应采用电动二通阀进行控制。

4 结语

现阶段，随着社会经济的的发展，我国的暖通空调安装率已经达到了百分之百，空调已经成为了人们日常生活的一种最基础的配件。自发明暖通空调地源热泵以来，其结构原理和运用一直在不断的更新和改进，我们应该对相关资料进行综合归纳，并从更深层次的角度对暖通空调设计中地源热泵的运用做全面的解析。与此同时，对暖通空调的结构原理等做进一步的详细说明，为广大空调用户提供具有较强的技术知识性、实用性的指导意见。

［1］冯如.暖通空调设计中地源热泵的运用探究［M］.合肥:合肥工业大学，2013:25.

［2］李晓.浅析暖通空调设计中地源热泵的运用［M］.合肥:合肥工业大学，2014:124.