暖通空调设计中地源热泵的应用

马杰

（容海川城乡规划设计有限公司，山西太原 030003）

我国城市化发展的过程中，建筑暖通空调系统尤为关键，但是在运行的过程中需要丰富的能源支持，暖通空调设计也成为工程设计中的重点内容。建筑单位需采取有效措施充分保证室内温度环境的舒适性和适宜性。由于地源热泵的稳定性和安全性优势明显，在暖通空调设计中也得到广泛应用。

1 地源热泵系统概述

地源热泵系统将岩土体、地下水和地表水作为低温热源，供热空调系统主要由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成，结合地热能交换系统的主要形式，通常可分为三种系统：①地埋管热泵系统；②地上水地源热泵系统；③地表水地缘热泵系统，如图1 所示。

图1 地源热泵系统

2 地源热泵的特点

地源热泵具有十分鲜明的特点和优势。地源热泵的经济性较强、能效较高，而且不易产生环境污染，运行过程中不易出现安全隐患。上述优势也是地源热泵在暖通空调系统中得以广泛应用的主要原因，如图2 所示。

2.1 经济性优势明显

图2 地源热泵的特点

地缘热泵系统运行的过程中需保证空调的平稳运行，与传统空调系统相比，地源热泵系统的供热和制冷系统运行中，消耗的费用可减少30%～50%，而且地源热泵主要从大地摄取能量，无须过度依赖电能，且能耗较小，具有十分鲜明的经济优势[1]。

2.2 能效高

地源热泵系统的能耗较低，但是制冷和供热效果较好，在热泵运行的过程中，合理利用大地储存的热能，可全方位满足冬夏两季的能量需求。地源热泵系统中的冷却系统中的冷却温度，通常低于普通空调的冷却温度，与传统的冷却塔式系统和风冷系统相比，该类系统的优势更为明显。供热时，温度应略高于常规条件下的温度，这样在冬季低温时段也可保持室内环境的舒适性。

2.3 清洁性强

应用地源热泵时，地源热泵的热量源于大地，无须燃料燃烧即可提供热量，可以显著减轻对周边的环境污染。另外，地源热泵系统配置更为合理，同时也有效摆脱了传统空调冷却塔装置及外挂机设备等多个装置，对周边环境产生的不利影响。

2.4 安全有保障

地源热泵系统管理与控制中，需要计算机的大力支持，在不同工况下，地源热泵的运行效率更高，运行过程更安全可靠。在先进技术的推动下，可有效增强远程控制效果[2]。地源热泵系统运行的过程中基本不受环境因素的影响，相较于普通空调系统，该类系统的稳定性更强，上述优势也充分保障了地源热泵系统的运行安全。

3 地源热泵在暖通空调设计中的应用

3.1 地埋管道+热泵机组在暖通空调设计中的应用

系统运行过程中，地埋管道+热泵机组的方式尤为常见，这也是现阶段最简单便捷的组合方式。在系统设计的过程中，应结合地理埋管的具体位置采用不同长度的管线，依据单位长度热量及冷却负荷，明确钻孔开槽的间距。科学计算竖直埋管长度的换热量及最大取热负荷，以此明确开槽所占的面积。做好上述工作后，便可以计算结果为依据科学选择热泵机房中的热泵机组规格型号、数量、配套的各类装置等[3]。做好前期准备工作后，可采取有效措施不断优化和完善热泵机房的图纸设计，根据实际确定机房的面积和机房内电源开关的位置。随后，依据规范要求做好安装图纸及布线图纸的设计工作，全方位满足工程建设的总体要求。

3.2 地埋管道+热回收机组在暖通空调设计中的应用

如日常运行中排热量系数高于一个单位，则需要在设计的过程中采用地埋管道+热回收机组组合。我国北方气候的季节性差异较为明显，冬季温度较低，此时对热量也提出较高的需求。夏季地表温度较高，在暖通空调设计中需要合理利用不同季节气候的特点合理优化设计方案，一方面满足冬季人们对热水的需求，另一方面有效减少资源消耗[4]。夏季时，可充分利用热回收式热泵机组，基于地埋管向岩土释放部分热量，同时经热回收机组加热热水后，热水可直接应用于居民的日常生活，全面满足人们日常生活的需求。冬季时可向岩土取热，维持土壤热量平衡。整个系统运行过程中，夏季时岩土回收建筑物中的热量，并以此为制冷源，在制冷的过程中仅需消耗总热量的20%左右，节能效果十分明显，并且操作人员可对该过程自由把控。

3.3 地埋管与热泵机+冷却塔在暖通空调设计中的应用

在南方地区，建筑负荷一般具有夏季冷负荷大于冬季热负荷的特点。夏季对室温提出了较高的要求，且冬季也有很多需要严格控制温度的场景，这种系统可将夏季收集到的多余热量直接输至冷却塔，在冷却塔的作用下达到降温的目的。该系统地埋管与冷却塔有串联和并联两种方式，主要目的都是解决由于建筑物冬季热负荷和夏季冷负荷差距过大，出于经济性和合理性的考虑，地埋管所能承担的负荷为夏季部分负荷或冬季全部热负荷，也就是说系统在夏季运行时，地埋管容量不够的问题。同时，该系统也可解决土壤热平衡的问题，减少外部因素的影响。

北方地区秋季后的风力较大，在储存风力资源的过程中，也可为冷却系统提供充足的动力，可将风能转化为机械能。基于能量守恒定律，风能可持续做功，也可连续供给能量，故而这一过程也发挥着十分重要的作用。该组合形式在暖通空调设计中也受到了人们的广泛关注。诸多大型厂商均采用地埋管与热泵机+冷却塔的组合方式。在日后的建设和发展中，需要采取有效措施积极拓宽市场，全方位满足人们日益增长的需求。

4 地源热泵应用中应当注意的问题

4.1 设计中始终坚持因地制宜的原则

在暖通空调系统中应用地源热泵具有十分明显的优势，但是在地源热泵应用中，也会受客观因素的制约。在暖通空调设计中应用地源热泵时，必须始终坚持因地制宜的原则。夏季若大地存储能量存在明显的不足，无法全方位顺应建筑物冬季的供暖要求，对此，在系统设计的过程中，就应结合实际增设制热装置，维持热能的供应。如大地冬季存储的能量不能全方位满足夏季的制冷要求，则可根据实际在系统中增设制冷系统，顺应居民对暖通空调系统的运行要求[5]。

4.2 合理选择机组

现阶段，市场上出现了多种新型机组，但管控工作并未跟上市场发展的脚步，无法满足管理的要求。在地源热泵运行的过程中，需要严格把控能效比和性能系数。此外，不同生产企业生产和制造的机组在能效比和机组性能方面均存在明显的差异。对此，工作人员在前期设计中需要依据相关规范要求，选择最佳的工作参数。

4.3 加大控制系统的管控力度

统计显示，地源热泵控制系统主要分为三大类：①热泵机组自动控制系统；②水池控制系统；③井群控制系统。热泵机组自动控制系统运行的过程中，可借助自动化装置完成制冷和制热工作，而且系统运行中无须工作人员操作和控制系统。水池控制系统运行的过程中，要求人员依据水位数值做好各项工作，待相关参数满足规定要求后，方可规划、组织、开展下一步的工作内容。井群控制系统运行的过程中，需采取分组管理模式，有效监督和管理其他控制系统，充分展现系统的作用和价值，进而全方位改机系统运行质量。

5 结束语

通过本文的分析可以获知，当前，暖通空调系统设计的质量对室内环境的舒适度产生了十分显著的影响。当前，社会经济快速发展，暖通空调系统在建筑工程中也得以广泛应用，空调成为人们日常生活中不可或缺的重要设备，能够为群众营造更加舒适的生活环境，将地源热泵系统应用在建筑暖通空调系统当中，能够切实改善系统的功能，有效减少系统运行中的能源消耗，符合环保型城市建设要求。