地源热泵空调水系统运行优化控制技术研究

王晓磊

摘 要：当前，建筑节能成为节能减排的最有效途径，集中空调能耗占建筑能耗的比例越来越重，因此降低建筑空调能耗能势在必行。地源热泵是一种利用绿色能源的空调技术，无论是在节能方面还是在制冷制热方面都有自己独特的优点，因此本文将以地源热泵水系统为研究对象，通过其工作原理的分析，探讨运行过程中的优化控制措施，希望能够为相关专业提供可以参考的理论依据。

关键词：地源热泵空调；水系统；优化；控制

中图分类号：TB657.2；TP273.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0050-01

当前，我国建筑规模逐年增大，建筑节能成为节能减排的最有效途径，集中空调能耗占建筑能耗的比例越来越重，因此降低建筑空调能耗能势在必行。传统空调系统存在能源损失及空气品质差的弊端，人们对空调系统的要求趋于更加节能以及能够提供更好的空气品质。地源热泵是一种利用绿色能源的空调技术，温湿度独立控制空调系统在节能及提高空气品质方面优势明显。将这两种空调技术结合，提出一种基于地源热泵的温湿度独立控制空调系统有利于空调节能技术的革新与发展，符合空调技术的发展趋势。

1 地源热泵空调系统的基本概述

地源热泵是一种应用“绿色能源”的空调系统类型，其主要特点是充分利用地下浅层具有的丰富地热资源来完成空调系统的供热功能以及制冷功能。对地源热泵投入很少的电能资源时就能够得到很高的热能。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖或提供生活热水；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。

地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、热泵机组系统和室内采暖、空调末端系统。工作原理为夏季制冷模式下，热泵机组将室内热能释放至地下土壤中；冬季供暖模式时，热泵机组将储存在土壤内的热源提升至室内供暖用。

2 地源热本系统的基本形式

目前，地源热泵有两种基本形式，冷媒侧内切换模式和地源侧水管道切换模式。

冷媒侧切换即通过热泵机组内制冷剂流向的切换，将蒸发器与冷凝器功能切换，达到冷暖切换的目的。如图1所示，夏季运行时热泵机组内制冷剂流向是3→2→4→5→3，此时2为冷凝器，通过循环的介质水将热量带到地埋管散至地下土壤中，5为蒸发器吸收来自室内的热量；冬季运行时，热泵机组内通过阀门控制改变制冷剂流向为3→5→4→2→3，此时2为蒸发器吸收来自地下热量，5为冷凝器放热至室内供暖用。

3 地源热泵空调水系统优化控制对策

3.1 地源热泵空调水系统除湿控制优化

在气候潮湿地区，室外空气含湿量水平较高，新风处理需要进行除湿后送入室内，更新室内空气，达到降低室内湿度的目的。温度控制系统可选用高温冷源，制备出 15～20℃的冷水输送到干式风机盘管或毛细辐射板。而湿度控制系统可选用自带冷源的独立新风除湿机组。

如图2所示某种独立冷源冷凝除湿新风机组，蒸发器侧制冷剂直接膨胀蒸发，这样，新风在流过盘管和制冷剂接触就能够实现除湿功能；室内具有很强的回风特性，所以利用这种特性促使冷凝器将所有的热量吸收掉，经冷凝器除湿后的送风温度较低，含湿量8～10kg/h时，送风温度为11.5～14.8℃，此时直接送入室内人员活动区会造成人体感受不适，可采用扩散性较高的风口，并对气流组织仔细设计核算。

3.2 地源热泵空调水系统温湿度控制优化

温湿度控制是地源热泵水系统中一项重要组成部分，笔者根据相关研究分析得知，目前地源热泵温湿度控制优化措施主要有以下两种：

第一种为高温冷源，高温冷源作为温度控制系统的冷源，是温度系统的动力核心组成。由于温湿度独立控制将显热负荷独立出来，不再担任除湿任务，显热系统的冷水供水温度仅满足室内降温所需即可，温差可以大幅缩小，不需要采用传统空调系统中的7℃出水温度，可以大幅提高至16～18℃。这样一方面为利用天然冷源创造了必要条件，使水源热泵、太阳能制冷等可再生能源的利用方式更為有效，目前可利用的天然冷源方式有土壤源换热、蒸发冷却式制冷等。另一方面，采用常规机械制冷的方式时，由于蒸发器出水温度或蒸发温度提高，制冷机组压缩机的性能系数也会明显提高。

第二种为余热消除末端装置，因为温湿度独立控制的温度控制系统仅处理显热负荷，因此降低了冷源与室内设计温度的传热温差。因此在一定条件下，供冷介质的流量必然要增大，空气的比热容较小，且风机输送效率较低，因此温湿度独立控制的余热消除末端尽量不用空气作为输送介质，通常选用水或者制冷剂作为媒介。常用的室内末端装置有辐射板和干式风机盘管。

4 结语

综上所述，地源热泵空调系统与温湿度独立控制空调系统作为现今越来越受关注的两种空调设计，能够被结合利用，可以为建筑节能和能源紧张提供有效的解决方式。随着研究的深入及推广应用，势必将给人类带来更多利益。

参考文献

[1]张伟强，朱伟峰，陈建萍，等.上海地区地源热泵适用性能研究[J].建设科技，2012（13）.

[2]李冬冬.地源热泵空调系统节能优化控制系统设计[D].山东大学，2016.

[3]李恒.地源热泵空调水系统运行优化控制技术研究[D].山东大学，2016.