地源热泵在暖通空调设计中的应用分析

陈翔

摘 要：：随着人们对于生活品质要求的提升，城市的供暖系统已经渐渐发展成为人们生活的必需品。地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源的高效节能空调系统，地源热是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热源交换作为热泵的冷热源，通过热泵技术获取可供空调使用的冷热水的空调系统。系统架设由于对地质条件有严格的要求，因此对环境的监测格外重要。

关键词：地源热泵；经济节能；绿色环保

一、地源热泵技术概述

地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗一定的电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵仅需要消耗少量的能源，就能获得高于输入能量数倍的热能效果，是一种高效、环保、节能的温控系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热向建筑物供暖； 夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。是一种有效地利用能源的方式。地源热泵系统不直接抽取地下水，而是通过地下土壤换热器与地下土壤进行热交换，不会污染地下水，通过冬季和夏季的热交换，达到一个稳态热平衡，保证了地下土壤的自然平衡状态。

二、 地源热泵的主要特点

1.清洁性。电力是地源热泵运行的重要保障，而地源热泵系统在实际应用过程中，由于热量主要来自大地中的热能，因此不存在燃烧放热的过程，可以有效减少对于周边自然环境的影响和污染。同时，在相对成熟的技术支撑下，地源热泵系统不需要配置相应的冷却塔装置和外挂机设备，因此在热能的排放过程中，同样不会对周边环境造成影响。

2. 能效性。从目前的技术发展情况看，地源热泵系统在实际运行过程中，对于能源的利用效率极高，例如，在冬季气候状态下，可以将室内的温度维持在12-22℃的范围内，明显高于常规状态的环境空气温度。而在供热过程中，可以显著提升热泵在循环状态下的蒸发温度，对于提升整个地源热泵系统的能效比是非常重要的。

3. 经济性。与普通空调系统相比，地源热泵系统中的冷却系统冷凝温度更低，制冷效果较传统的冷却塔式系统和风冷式系统更好。相关实践数据显示，在地源热泵系统中，空调的供热和制冷运行费用能够减少30%-40%。不仅如此，与一般的锅炉供热、电能供热系统相比，地源热泵系统虽然也需要依靠电能运行，但是能耗极小经济性优势非常突出。

4.可靠性。在地源热泵系统中，对于系统的管理和控制全部都是由计算机进行的，可以有效保证系统在多工况运行状态下的稳定性和可靠性。同时，管理人员还可以通过远程控制的方式，对地源热泵系统进行控制和调节。

5.稳定性。地源热泵系统可以在任何环境因素的作用下，确保热源温度的稳定性，将其控制在 10-25℃的温度区间内，制 冷和供热系统也可以维持在 3.5-4.4 之间，与普通的中央空調系统相比，具有更高的稳定性。

三、地源热泵结构形式

土壤源热泵系统是一种领先的空调技术，它可以实现水源热泵系统的诸多优点，并且还能节省相当可观的运行费用。土壤源热泵系统解决了地下水源热泵系统的地下水回灌问题（因为本身并不抽取地下水资源），避免了地下水资源对热泵机组使用的影响和地下水被污染的可能性。土壤源热泵系统占地空间小，并且系统的安装和使用不会改变建筑的外观和结构。

土壤源热泵系统是通过导热介质溶液在埋入地下的循环系统中流动，实现与大地之间的热交换的。地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。

土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：

1.水平式土壤换热器水平式水平式土壤换热土壤换热水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度2～米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。

2.垂直U型式土壤换热器垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器 的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。

3.垂直套管式土壤换热器 换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环 时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。 套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。通过竖 埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。竖埋套管式孔距在3～5m， 孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直Ф25～Ф32mm。

地源热泵主机与节能空调机房的完美配合给整个暖通系统的供热采暖提供整套的解决方案。节能空调机房和地源热泵配套使用，其节能空调机房可为整个空调系统提供动力，它的内部主要构造有两个泵，一个为水源侧的泵，一个用户侧的泵。其水源侧的泵是给地源热泵的地埋侧输送循环水，而用户侧的泵就是为室内末端设备输送循环水，从而达到制冷制热的目的。在室内末端输送时，采用水力平衡分配 器大大减少漏水隐患，末端冷热效果均衡。在地源热泵使用的同时，还可以回收制冷工作过程放出的热量，用来制取生活用水。在这一整套系统中，地源热泵主机与节能空调机房、水力平衡分配器，多功能水箱有机地结合在一起，为暖通空调和供热采暖提供一整套解决方案。

四、使用地源热泵系统的注意事项

1.要研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料，作为地源热泵设计的参考资料。

2. 要开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资； 研究专门的钻井下管、封井设备和技术， 并用规范化来缩短施工周期， 从而降低施工费用。

3.选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度， 保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差， 从而不影响土壤与系统的换热过程。

4.对已竣工的地源热泵系统进行归纳、总结， 有利于形成一套成熟、可靠的 地源热泵设计方法。

五、结语

总而言之，地源热泵在很大程度上满足了建筑自身的供暖需求，减少了其运行中不必要的浪费。但是，在实践中仍要进行不断的完善和改进，才能更好的发挥出其应有的作用与价值，促进社会稳定发展。

参考文献：

[1]史大磊.地源热泵技术在暖通空调中的应用[J].门窗，2015，02：77.

[2]陈跃.暖通空调设计中地源热泵的运用[J].江西建材，2015，11：13.

[3]李诗敏.暖通空调设计中地源热泵的应用分析[J].四川水泥，2015，08：117.