【摘 要】近年來，由于人們對生活品質(zhì)的追求使高檔住宅建筑的建設(shè)方向由豪華美觀逐步轉(zhuǎn)為舒適、綠色、節(jié)能、功能豐富，在這一背景下，地源熱泵技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用在別墅建筑中，并因其科學(xué)、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)境效益良好得到了社會各方面的好評。本文介紹了地源熱泵技術(shù)的概念及特性，并對該技術(shù)在別墅地暖、空調(diào)、熱水等系統(tǒng)中的應(yīng)用要點進行了詳細的分析和總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】地源熱泵；別墅建筑；地暖系統(tǒng)；空調(diào)系統(tǒng)；熱水系統(tǒng)
1 地源熱泵概述
隨著現(xiàn)代人生活理念的不斷更新，與自然和諧共處成為了越來越多成功人士的共識。別墅建筑不再僅僅追求豪華、美觀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，取而代之的是多功能性、高舒適度、個性化和環(huán)境友好型的別墅形式。滿足更高宜居標準的同時，最大可能地實現(xiàn)可再生能源在住宅中的應(yīng)用，已經(jīng)成為了別墅設(shè)計、建設(shè)的大勢所趨。在這一背景下，地源熱泵技術(shù)開始取代戶式燃氣熱水器（或電熱水器）加冷暖空調(diào)的傳統(tǒng)模式，成為別墅制冷、供熱的主要能源供應(yīng)系統(tǒng)，同時滿足了建筑中地暖、空調(diào)、熱水等多系統(tǒng)的各種功能。
地源熱泵技術(shù)是利用包括土壤、地下水及地表水在內(nèi)的地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能）同時實現(xiàn)制冷與供熱的高效節(jié)能技術(shù)，系統(tǒng)主要由地源熱泵機組與地埋管環(huán)路組成。其核心原理是根據(jù)地?zé)豳Y源溫度冬季高于環(huán)境溫度、夏季低于環(huán)境溫度的特性，以熱泵機組和埋地盤管作為中介，將大地作為低溫?zé)嵩椿蚺艧釄鏊６叵聹\層在冬季失去的熱量可以在夏季得到補償，由此使大地的熱能得以維持基本平衡，不會造成對自然資源的破壞。
從目前的應(yīng)用效果來看，地源熱泵具有以下幾方面的特性和優(yōu)點：首先，由于地下淺層土壤中聚集的太陽輻射能力高于人類每年能夠利用的500倍以上，相對于受地域、氣候限制的直接利用太陽能的節(jié)能技術(shù)或其它技術(shù)，地源熱泵具有明顯的穩(wěn)定性，并能通過熱能發(fā)散和接受的基本平衡，維持一年四季恒定的運行能力，是一種非常便利、清潔、可靠的再生能源技術(shù)；其次，該技術(shù)的節(jié)能效果顯著，由于土壤溫度冬季比環(huán)境空氣溫度高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也相應(yīng)提高，夏季土壤比環(huán)境溫度低，制冷的冷凝溫度降低，效率高于冷卻塔式或風(fēng)冷式機組，綜合節(jié)能效果在30%~40%左右；此外，地源熱泵還具有一機多用、自動運行、使用方便、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點，受到了設(shè)計者與用戶的一致好評。
2 地源熱泵在別墅建筑地暖系統(tǒng)中的應(yīng)用
地板輻射采暖系統(tǒng)是通過地板輻射層中的熱媒將其均勻加熱，并以整個地面為散熱器根據(jù)熱量向上輻射的規(guī)律進行自下而上的熱傳導(dǎo)，從而實現(xiàn)采暖目的的系統(tǒng)。地源熱泵技術(shù)聯(lián)合地板輻射可對房間進行冷暖聯(lián)供，具有蓄熱能力強、溫度波動小等優(yōu)點，且可使室內(nèi)出現(xiàn)從腳底到頭部逐漸降低的溫差，符合中醫(yī)學(xué)中“頂涼足溫”的健身理論，是體現(xiàn)現(xiàn)代別墅品質(zhì)的標志。
由于地面遮擋物會減少地板有效散熱面積，從而增大房間單位面積熱負荷，因此在設(shè)計時應(yīng)考慮此部分的影響。設(shè)備的選型應(yīng)以夏季冷工況為標準，并依據(jù)冬季實際工況調(diào)整核較。為了監(jiān)控輻射地板的供水溫度，還應(yīng)在輻射地板水系統(tǒng)的供水管上安裝溫度傳感器，傳感器和溫控儀相連，并在板式換熱器另一端由機組來的供水管上安裝電動閥，由溫控儀控制電動閥的開度，使輻射地板系統(tǒng)滿足室內(nèi)的舒適度要求。當(dāng)別墅區(qū)地下淺層冬夏季熱能負荷不平衡或換熱器埋管面積過大時，可采用復(fù)合式地源熱泵以降低造價成本，可增設(shè)全熱交換器或以新風(fēng)機送風(fēng)的形式組成別墅的新風(fēng)系統(tǒng)，進一步提升室內(nèi)空氣品質(zhì)并實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。
3 地源熱泵在別墅建筑空調(diào)統(tǒng)中的應(yīng)用
在電力資源嚴重不足的今天，將地源熱泵技術(shù)引入別墅空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)成為了我國空調(diào)產(chǎn)業(yè)和別墅建設(shè)工程一大趨勢，作為一種清潔的再生性能源，持續(xù)、穩(wěn)定的地?zé)豳Y源可以為空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省能耗40%以上，與空氣源熱泵相比，更可減少30%以上的污染物排放，具有經(jīng)濟節(jié)能和綠色環(huán)保的雙重效益，并節(jié)省了大量的地面空間，進一步提高了別墅生活的品質(zhì)。
別墅地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)一般由熱泵系統(tǒng)、地源熱交換系統(tǒng)以及末端空調(diào)系統(tǒng)組成，首先由壓縮機、冷凝器、四通閥、節(jié)流閥及蒸發(fā)器組成的熱泵系統(tǒng)通過制冷劑的循環(huán)實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷，再通過管路和熱交換器組成的熱交換系統(tǒng)將能量傳導(dǎo)至末端空調(diào)系統(tǒng)，末端空調(diào)系統(tǒng)一般由低溫地板采暖系統(tǒng)和風(fēng)機盤管系統(tǒng)組成，是直接調(diào)控溫度的組件。在這一系統(tǒng)中，熱交換部分是整個技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵。
在選擇地源熱泵系統(tǒng)的具體應(yīng)用方案時，必須先對施工地點的地質(zhì)、氣候情況進行詳細的了解、分析，再根據(jù)土地面積、別墅建筑規(guī)模、高度、機房面積、冷熱負荷等規(guī)劃要求進行科學(xué)計算，并結(jié)合工程造價優(yōu)選系統(tǒng)形式。
4 地源熱泵在別墅建筑熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)除實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷外，還可一機多用，為別墅提供生活熱水。地源熱泵熱回收熱水系統(tǒng)一般與地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運行，一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套系統(tǒng)裝置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省了建筑空間。
系統(tǒng)通過水泵將水從生活熱水箱送到冷凝器的封閉加壓環(huán)路進行循環(huán)，這是一個可供選的生活熱水環(huán)路。對于夏季工況，該循環(huán)可充分利用冷凝器排放的熱量，基本不消耗額外的能量而得到熱水供應(yīng)；在冬季，直接利用地源熱泵制備熱水，其耗能也大大低于電熱水器。與具有低功率密度、間歇性高等特點的太陽能熱水器相比，地源熱泵受環(huán)境、氣象條件的限制較小，穩(wěn)定性強，系統(tǒng)其配套空調(diào)設(shè)施 COP 值一般均在4.0以上遠高于普通家用風(fēng)冷空調(diào)系統(tǒng)，與空調(diào)系統(tǒng)的聯(lián)合運用具有較大的經(jīng)濟效益。同時地源熱泵的使用壽命較長，帶來的整個回收期效益也相當(dāng)可觀。
5 結(jié)語
綜上所述，現(xiàn)代別墅住宅對于制冷供熱的需求多而復(fù)雜，給設(shè)計師提出更高的標準和要求。因此設(shè)計師必須在掌握新技術(shù)、新方法的前提下不斷更新設(shè)計理念，最大限度地利用地?zé)嵩唇档徒ㄔO(shè)投資及使用成本。地源熱泵技術(shù)可以充分發(fā)揮地表儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢，并以一套系統(tǒng)分別達成了供暖和制冷效果，實現(xiàn)了地暖、空調(diào)、熱水多個系統(tǒng)的功能，在為國家節(jié)約大量能源的同時，切實提高了別墅的舒適程度與生活品質(zhì)，非常值得在別墅建設(shè)中應(yīng)用和推廣。
參考文獻
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