【摘 要】近年來，由于人們對生活品質的追求使高檔住宅建筑的建設方向由豪華美觀逐步轉為舒適、綠色、節(jié)能、功能豐富，在這一背景下，地源熱泵技術開始被廣泛應用在別墅建筑中，并因其科學、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的概念及特性，并對該技術在別墅地暖、空調、熱水等系統(tǒng)中的應用要點進行了詳細的分析和總結。
【關鍵詞】地源熱泵；別墅建筑；地暖系統(tǒng)；空調系統(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、美觀和結構復雜，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用，已經(jīng)成為了別墅設計、建設的大勢所趨。在這一背景下，地源熱泵技術開始取代戶式燃氣熱水器（或電熱水器）加冷暖空調的傳統(tǒng)模式，成為別墅制冷、供熱的主要能源供應系統(tǒng)，同時滿足了建筑中地暖、空調、熱水等多系統(tǒng)的各種功能。
地源熱泵技術是利用包括土壤、地下水及地表水在內的地下淺層地熱資源（也稱地能）同時實現(xiàn)制冷與供熱的高效節(jié)能技術，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)地熱資源溫度冬季高于環(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，將大地作為低溫熱源或排熱場所。而地下淺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)能技術或其它技術，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；其次，該技術的節(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、應用范圍廣等諸多優(yōu)點，受到了設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，從而實現(xiàn)采暖目的的系統(tǒng)。地源熱泵技術聯(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，且可使室內出現(xiàn)從腳底到頭部逐漸降低的溫差，符合中醫(yī)學中“頂涼足溫”的健身理論，是體現(xiàn)現(xiàn)代別墅品質的標志。
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，因此在設計時應考慮此部分的影響。設備的選型應以夏季冷工況為標準，并依據(jù)冬季實際工況調整核較。為了監(jiān)控輻射地板的供水溫度，還應在輻射地板水系統(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)滿足室內的舒適度要求。當別墅區(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，可采用復合式地源熱泵以降低造價成本，可增設全熱交換器或以新風機送風的形式組成別墅的新風系統(tǒng)，進一步提升室內空氣品質并實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。
3 地源熱泵在別墅建筑空調統(tǒng)中的應用
在電力資源嚴重不足的今天，將地源熱泵技術引入別墅空調系統(tǒng)已經(jīng)成為了我國空調產(chǎn)業(yè)和別墅建設工程一大趨勢，作為一種清潔的再生性能源，持續(xù)、穩(wěn)定的地熱資源可以為空調系統(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。
別墅地源熱泵空調系統(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)將能量傳導至末端空調系統(tǒng)，末端空調系統(tǒng)一般由低溫地板采暖系統(tǒng)和風機盤管系統(tǒng)組成，是直接調控溫度的組件。在這一系統(tǒng)中，熱交換部分是整個技術實現(xiàn)的關鍵。
在選擇地源熱泵系統(tǒng)的具體應用方案時，必須先對施工地點的地質、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)劃要求進行科學計算，并結合工程造價優(yōu)選系統(tǒng)形式。
4 地源熱泵在別墅建筑熱水系統(tǒng)中的應用
地源熱泵空調系統(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)結構緊湊，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；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)其配套空調設施 COP 值一般均在4.0以上遠高于普通家用風冷空調系統(tǒng)，與空調系統(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可觀。
5 結語
綜上所述，現(xiàn)代別墅住宅對于制冷供熱的需求多而復雜，給設計師提出更高的標準和要求。因此設計師必須在掌握新技術、新方法的前提下不斷更新設計理念，最大限度地利用地熱源降低建設投資及使用成本。地源熱泵技術可以充分發(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、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，非常值得在別墅建設中應用和推廣。
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