解析暖通空调设计中地源热泵的应用

杨伟忠

摘 要：随着社会经济的快速发展，人们开始追求更高品质的生活环境，为了保证居住环境温度可以更加适宜，人们开始更加依靠暖通空调的应用，这样就增加了能源的消耗，同时也对人们居住的环境造成了一定的危害，在国家大力推动节能减排政策的情况下，暖通空调设计也必须进行改革。本文简单介绍了地源热泵技术的工作原理及地源热泵系统的特点，重点对暖通空调设计中地源热泵技术的应用进行了探讨，并分析了地源热泵应用的注意事项。

关键词：暖通设计 地源热泵技术 应用

前言

1、地源热泵技术的工作原理

热泵实质上是一种热量提升装置，采用热泵可以把热量从低温运送到高温。它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的 1/3 或更低，这也是热泵的节能特点。热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵 （制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、和节流阀组成，还应有起到输送能量的循环工质.作为地源热泵，与传统的蒸汽压缩制冷不同的是地源热泵制冷省略了庞大的冷凝设备，而以深井水取而代之。

2、地源热泵系统的特点

2.1 经济性

地源热泵系统虽然也需要使用空调，但相对传统空调系统而言，供热和制冷的运行费用可以有效减少 30～45%，除此之外，地源热泵的能量主要来自大地，对电能的依赖小，能耗小，经济优势十分突出。

2.2 能效性

地源热泵系统虽然能耗小，但丝毫不影响其制冷和供热的效果。在实际运行过程中，利用大地储存热能的特性可以同时满足冬天和夏天两个季节的能量需求，地源热泵系统中的冷却系统冷凝温度比普通空调更低，制冷效果较传统的冷却塔式系统和风冷式系统更好，而在供热过程中，可以将温度维持在明显高于常规状态下的环境温度范围内，在寒冷的冬天为我们提供一个更加舒适的环境。

2.3 清洁性

在实际应用过程中，由于地源热泵系统所需的热量主要来自于大地中的热能，不存在燃料燃烧的過程，因而可以有效减少对周边环境的污染和影响，除此之外，地源热泵系统的配置更加简单，摆脱了传统空调冷却塔装置和外挂机设备等配置对周边自然环境产生大量污染的困扰。

2.4 安全性

地源热泵系统的管理和控制都是通过计算机进行的，在多工况运行状态下具有更高的可靠性，在一定技术支持下，甚至可以实现远程控制。地源热泵系统在运行时可以忽略许多环境因素的影响，与普通空调系统相比表现出更高的稳定性。具有这些优势，保证了人们在更安全的环境下使用地源热泵系统。

3、暖通空调设计中地源热泵技术的运用

3.1 大地耦合热泵

大地耦合热泵技术的主要是以地球表面浅层的土壤作为能源或者是热量的来源，在实际的使用过程中，此类热泵技术具有以下优点。①土壤中温度的波动较小。同其他环境介质相比，一定深度的土壤温度变化较小，与此同时，土壤对于地表浅层温度以及空气中温度的变化具有一定的延迟作用，所以，将土壤作为地源热泵的装置是非常明确的选择。土壤作为巨大的能量储存体，将大地耦合热泵技术与太阳能集热装置一同使用，可以大大的提升地表浅层能源的使用效率，也可以确保地源热泵技术的正常使用。②地源热泵技术具有环保节能的优点。将土壤作为热能量的储存地方，可以部分代替或者完全代替锅炉房、冷却塔的使用，同时还可以减少暖通空调对环境的污染程度。③大地耦合热泵技术具有较高的稳定性能。大地耦合热泵深埋在地表以下，可以有效的借助大地的热能对室内居住环境的温度进行调节，所以，夏天的高温以及冬天的环冷温度都不会对大地耦合热泵带来影响，为此，大地耦合热泵也不用进行除霜等处理。

3.2 地表水热泵

地表水热泵系统跟地下水热泵技术相似，不同的是，地表水热泵技术主要是通过地表水面以下的塑料管道构成的，这些塑料管道的构成形式主要是多重并联模式，在地表水运行的过程中形成的地下水热交换器，这样可以在一定的情况下替代土壤的热能源交换系统。

3.3 地下水热泵

地下水热泵是目前使用最为广泛的地源热泵技术之一，也是地源热泵技术的研究重点。①占地面积小，布局严谨。地下水热泵的水井系统占地面积比较小，但是地下水的抽取与回灌却不会受到占地面积的影响，同时，严密的水井系统布局也使地下水的抽取与回灌效果大大提升。②运行成本低。大型地下水热泵系统的单位容量成本比较低，只需要一个流量较高的井就可以满足整个暖通空调系统的正常运行。③系统维护成本低，对环境的影响较小。合理的地下水热泵循环系统设计可以保证系统高效、稳定的运行，甚至不用进行日常维护，由此可以节省大量的维护费用，同时，通过地下水回灌，地层的实际含水量基本不变，因此地下水热泵循环系统对环境造成的影响比较小。

4、地源热泵应用的注意事项

4.1 地源热泵

在暖通空调设计中的运用要因地制宜将地源热泵运用到暖通空调设计中具有很大的技术优势，但在实际使用过程中，地源热泵的设计却会受到客观环境的诸多限制，因此地源热泵在暖通空调设计中的运用应当是因地制宜的。当大地夏季储存的热能不足，无法满足建筑物的冬季供暖时，系统设计就要增加制热装置来增加热能，使热能满足相关规定的要求，当大地冬季储存的冷能量不足，无法满足建筑物的夏季制冷需求时，系统设计就要增加冷却装置，以满足人们的使用需求。

4.2 正确选择与地源热泵类型相适应的机组

目前，市面上的机组类型繁多，也缺乏统一的规范与管理，因此在暖通空调设计中要根据地源热泵的类型来挑选合适的机组，同时，地源热泵对机组的的能效比与性能系数有着很高的要求，而且各个厂家生产的机组，其能效比和性能系数可能存在不同，因此设计者必须根据地源热泵的使用要求选择正确的能效比和性能系数。如果机组类型或者机组的能效比与性能系数与地源热泵类型不相适应，就会影响地源热泵系统的正常使用，影响建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系统的合理管控

地源热泵的控制系统主要有三个：①热泵机组的自动控制系统。这个系统主要借助自动化装置进行制冷以及制热的合理调配，不需要人工操作；②水池的控制系统。这个系统的调控依据是水位的高低，当水位达到一定高度时，系统会开启或者关闭深井盖；③井群控制系统。这个系统主要进行分组管理，并促进其他控制系统控制能力的正常发挥。

5、结束语

综上所述，总而言之，在建筑行业飞速发展的带动下，暖通空调设计成为建筑设计的重要组成部分，直接影响着室内环境的舒适度。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。

参考文献

[1]李晓.浅析暖通空调设计中地源热泵的运用[D].合肥：合肥工业大学，2014：124～131.