暖通空调设计中地源热泵的应用分析

王桂锋

摘 要：在节能减排、资源短缺的大背景之下，暖通空调设计必须进行改革。地源热泵凭借其独特的优点已经成为我国暖通空调设计中的一种发展趋势，随着地源热泵技术的发展，传统的空调系统设计必将被取代，而地源热泵在暖通空调设计中的运用也会更加合理、更加广泛。本文探讨了暖通空调设计中地源热泵的应用。

关键词：暖通空调设计；地源热泵；应用

1 前言

现阶段，随着社会经济的发展，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。

2 地源热泵的特点

从概念方面分析，地源热泵是一种利用浅层地热能源（ 地下水、土壤、地表水等的能量） ，实现制冷或者供热的高效节能系统。在实际应用方面，是指将传统空调系统中的蒸发器或者冷凝器埋入地下，利用中间介质，在相对封闭的环路中，经过大地进行循环流动，从而实现与大地的热交换，达到制冷、供热或者调解空气的目的。与普通空调系统相比，地源热泵的热能主要来自大地，因此可以有效减少对于能源的消耗。地源热泵的特点主要体现在以下几个方面：

（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，与普通的中央空调系统相比，具有更高的稳定性。

3 暖通空调设计中地源热泵的应用

3.1 地理管道和热泵机组结合

在实际运用过程中采用地理管道和热泵机组相结合的方式是比较常见，也是运用起来比较简单的组合方式。设计过程中依据地理埋管路位置的不同采用不同长度的管路，对于水平埋管单位长度的热量和冷却负荷的不同，可以确定钻孔开槽的间距。对于竖直埋管单位长度的换热量和最大取热负荷计算开槽的占地面积。完成上述实际操作后就可以依据计算结果选择热泵机房中热泵机组的规格型号，使用台数、配套水泵、分集水器、定压装置、水处理装置等，确定前期准备工作后就可以进行热泵机房实际图纸的设计工作。同时选择合适的机房面积，设计机房内电源开关的安装位置。最后，进行安装图纸和实际布线图纸的设计工作，以满足实际工作需要。

3.2 地理管道和热回收机组结合

对于工程实际工作中排热量系数大于一个单位的工程项目中，就可以采用地理管道和热回收机组结合的方式进行设计，由于我国北方气候比较分明，冬季温度十分寒冷对于热量的需求比较多，而到了夏天地表温度又十分炎热。因此，在暖通空调的设计中就可以利用气候变化的这个鲜明的优势进行设计，同时还可以满足人们冬天对于热水的需求量的要求。夏季到来的时候，可以采用热回收式热泵机组通过地埋管向岩土排出一部分热量，热水被回收机组加热后进入实际生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的时候，可以向岩土体取热，进而达到热量的平衡机制，岩土体可以将夏季回收的热量全部用来制冷也可以只用热量的20%，这个过程完全可以由操作人员自由控制。

3.3 地理管与热泵机和冷却塔结合

夏季对室温要求较高，同时冬季对室温要求也很高的场景，可以采用不将夏季收集的热量源排出到岩土体中，而是将热量直接输送到冷却塔。通过冷却塔可以将热量进行冷却，之后可以直接使用，就可以避免在经过一个冬季才能投入使用的进而产生了热量流失的弊端。而且可以充分地保证排热量系数保持在一个单位左右不受影响。北方到了秋季后风力就相对充足，通过储存的风力也可以保证冷却塔的动力源得到保证，风力可以将风能转换为机械能，根据能量守恒的原则，就可以积极的做功，保证动能得到源源不断的供给过程。可见这一过程是十分有利的。因此，该种机制的组合在现阶段暖通空调设计中受到了更加广泛的应用，而且，已经有很多较大型的空调厂商都是采用地理管与热泵机和冷却塔结合的设计组合形式。下一步的发展方向将是不断的开拓市场，满足人们日益增加的需求量。

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 控制系統的合理管控

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。

总之，根据实际情况应用不同形式的地源热泵技术能够很好的提高低温地热资源，并且可以克服传统热泵空调技术的存在的局限问题，可以说，是非常具有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 胡强.简析地源热泵在暖通空调设计中的应用[J].低碳世界，2017（25）.

[2] 杨丹.建筑暖通空调设计问题及对策[J].黑龙江科技信息，2017（13）.

[3] 张翼，赵鹏辉.探究暖通空调设计中的常见不足及处理措施[J].建材与装饰，2017（14）.

[4] 赵鹏辉，徐强.暖通空调设计与建筑的关系[J].建材与装饰，2017（14）.