地源热泵在暖通空调设计中的应用分析

矫东柯

河北建筑工程学院 河北 张家口 075000

目前，为了实现节能减排目标，需要不断优化暖通空调设计。深入的研究地源热泵，实施科学的设计措施，能够促使地源热泵在具体的应用中收到很好的成效。所以，本文对暖通空调设计中的地源热泵的实践进行深入的研究，可以促使暖通空调的设计效果变得更加的明显。

1 地源热泵系统概述

所谓的地源热泵技术实际上就是指将地热作为热泵装置成热能，进而达到制冷和制暖的功效。此项技术在运作的过程中遵循的基本原理是利用少许的能源，促使低温位的热源可以进一步转化为高温位的热源，冬季的时候，地埋管换热器抽出来其中的热量，利用热泵机组、用户侧环路向用户侧输送热量，如此就能够进行供暖了；夏季来临的时候，制冷时，地埋管换热环路会输送用户侧的热量到地下。

2 地源热泵系统的主要特征

2.1 清洁性

在具体的运行环节，地源热泵系统借助电能作用，把地下或者地表储存的热量进一步转化成为暖通空调系统运行过程中需要运用到的能源，在此环节中，由于不用燃烧能源，且不需要进行放热，所以不会给周围的环境带来严重的污染，除此之外，运用地源热泵技术就用不上空调外挂机，不用排热，该技术具备很强的清洁效果。

2.2 能效性

随着地源热泵技术的日益进步，目前体系比较健全，就暖通空调系统来说，其能够使得能源的利用效率得到显著的提升。比如，在冬季比较寒冷的时候，采用地源热泵技术，能够促使室内的温度保持在十二度到二十二摄氏度，和原来的热量相比较来说要多一些。而且在供热的环节中，系统中的能源可以得到有效的利用，能够起到节约能源的作用。

2.3 稳定性

在暖通空调系统中运用地源热泵技术，可以减少暖通空调系统受到外界的影响，不断使得室内的环境变得更加的舒适，同时还能使得能源的消耗得到大幅度的降低。依据有关数据统计，应用地源热泵技术之后，可以使得建筑的内部温度保持在十摄氏度到二十五摄氏度之间，制冷系统以及供热系统也能够维持在3.5到4.5之间，和传统的暖通空调系统相比较来说，更加的稳定一些。

3 地源热泵在暖通空调设计中的运用

将地热泵源技术应用到暖通空调系统中，可以使得暖通空调的外观看起来更加的美观，且设计的性能也有明显的提升。在暖通空调系统中，应用地源热泵包含下面几种方式。

3.1 地埋管道与热泵机的组合

将热泵机和地埋管道相互组合，这种方法相对来说比较简便，设计人员在设计时会和地埋埋管的实际位置相互结合，且严格按照冷却和热量负荷标准，科学的设置钻孔之间的距离以及管道的实际长度，在计算开槽占地面积的时候，采用竖直埋管长度换热量与最大热负荷值进行计算。在设计时，需要慎重的思考热泵机房中的电源的开关位置，这么做的目的是为了今后更好的管控设备，促使施工作业能够顺利的开展。

3.2 地埋管道与热泵机和冷却塔的结合

这种方式在我国的南方地区运用的比较广泛，因为南方地区内夏季和冬季的温度变化没有北方那么明显，不用将夏季生成的热能储存起来，所以可以借助地埋管道，把冷却塔和热泵机相互组合在一起，促使热量能够得到合理的转化。目前，在暖通空调设计中运用这种组合方式得到了深度的推广。

4 案例分析

4.1 项目概述

本项目占地面积53672m2，总建筑面积15.3万m2。地下2层，A楼写字地上9层、B楼写字楼地上7层、C楼酒店地上10层。

4.2 负荷计算

基于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012，最终确定了地区各项有关的室外参数，与此同时，明确了室内设计参数，在此基础上，完成了全年负荷计算。

上述两类检查方法对肠壁增厚的检出率无明显差异，P＞0.05。值得说明的是，确诊组开展B超检查时，发现腹腔积液12例，肠道蠕动消失18例，肠蠕动速度减慢32例。疑似组肠道蠕动减慢24例，肠道蠕动消失10例，腹腔积液16例。

4.3 热平衡计算及分析

（1）热平衡计算

关于系统的热平衡状况无法仅依靠负荷进行分析，必须通过对地埋管冬季从土壤中吸收的热量，以及其夏季向土壤放出的热量进行准确计算才能得出热平衡状况。

夏季向土壤放热量：

冬季从土壤吸热量：

式中：Q放为夏季空调冷负荷；EER冷为夏季热泵机组能效比，本项目取6.0；Q输送为循环水在输送中夏季得到热量或冬季市区热量值；Q水泵指水泵释放热量；Q热指冬季空调热负荷；COP热指冬季热泵机组能效比，本项目取4.8。

（2）工况分析

出于节约能源的考虑，当季节处于过渡阶段时，最好不要开启空调用地源热泵机组，与此同时，注意进行好机械通风就可以了。具体而言，地源热泵机组使用工况分为冬夏两季：夏季为制冷，以5-9月为主；冬季为制热，集中在当年12月-次年2月。写字楼每一天的使用时间是，早8点到晚6点，总计为十个小时；酒店则为全天，即0点至24点。基于此，可以获得酒店每一个季度的耗冷量以及耗热量，即2393629kWh耗冷量，以及1380693kWh耗热量；写字楼方面，即2615723kWh耗冷量，以及805763kWh耗热量。事实是，写字楼之所以无法维持平衡，根源在于写字楼不需要提供生活热水。酒店的平衡情况则取决于生活热水使用情况，通常而言，客源多的情况下酒店的生活热水使用量就会增加，那么，就会从土壤中吸收很多热量，如果情况相反，即客源少的话，就只能从土壤中吸收很少的热量。需要说明的是，生活热水的使用量以每日7小时的使用时长为准。由此，可基于（1）（2）式子对地源热泵系统在冬夏两季的吸热量以及放热量进行计算，结果显示两个季节的吸放热情况存在显著的不平衡率，即52.0%（生活热水使用7小时工况）。

（3）热平衡分析

基于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》可知，其中的第8.3.4条4款明确到，冬、夏季时，当地源热泵系统向土壤放、吸热比值以0.8为最低限，以1.25为最高限。

如果酒店与写字楼向土壤吸、放热量维持较长时间段的话，那么，就会导致土壤的热不平衡率达到较高水平，期间，生活热水的使用时长会对其产生影响。一般情况下，生活热水使用时间愈久，那么，土壤就离热平衡愈近，如若情况相反，则土壤离热平衡率愈远。假使长期处于这个工况下，就一定会造成放热量比吸热量要大，由此，每一年的土壤热堆积都会高过上年，同时还会导致地源侧出水温度一年比一年热，如此一来，就必须果断选择适当的途径调整土壤温度。

5 地源热泵应用的注意事项

5.1 检测地下岩土热物性参数

在设计地源热泵土壤换热器的过程中，应该高度重视检测并分析地下岩土热物性参数的工作，需要对地下岩土热物性参数进行全方位的检查，必须达到正确性，从而杜绝浪费现象。不但要详细的分析钻孔取样，还需要根据已经掌握到的准确的资料对导热的系数范围进行确立。为使得设计更加的可靠，应该借助于先进的井口测试设备，按照一定的工艺确保这些独立的单孔换热器可以在恒流和恒温热源系统中实现顺利连接，这个过程中，应该认真记录下来运行的时间、进出的水温等等。

5.2 借助外部措施提高换热能力

倘若暖通空调系统不具备放置地下换热器的地方，则需要采取一些外部的措施，促使暖通空调系统的能力能够有所提升。倘若地下换热器的效能可以达到冬季的供热需求，但是却没有达到夏季的制冷要求时，这个时候可以将冷却塔装置在系统中。倘若系统中的冷热负荷比较大，则能够使用地下埋管加冷却塔方式，不但可以使得系统的基本需求得到最大程度的满足，还可以极大的节约了工程造价。

5.3 结合实际情况合理选择设备机组

科学进步促使机组的种类也越来越多，市场里充斥着各类机组，其中不乏个别质量有问题的机组，从而造成了地源热泵的使用受阻情况。鉴于这种情况，设计人员在开展工作的时候，应该和暖通空调系统的要求相结合，合理的、科学的选择地源热泵所需的机组，如此才能保证系统能够实现正常的运营。

5.4 合理管控地源热泵控制系统

就地源热泵的控制系统来说，总计有三种。第一种，自动控制系统方面，一般采用的是自动化装置，不用人为操作就能够完成。第二种，水池的控制系统。在具体调控这种系统的时候，通常来说，自身的水位数值就是其依据的相关标准，有关的数值与要求相符的时候，再展开下步的工作。第三种，井群控制系统。科学的监督和管理各个系统的运行状况，促使系统的功效能够最大程度的发挥出来，使得暖通空调系统的运行效果变得更加的明显，进而使得节能降耗的目标得以实现。

6 结语

在暖通空调系统中应用地源热泵技术，可以确保土壤内的热量实现最大化的应用。进入夏季阶段，可以把大量建筑物中的热量转到地下；进入冬季阶段，之前存储于土壤中的热量可以顺利的转到建筑物中。如此一来，即能够发挥暖通空调的基本功能，同时，还能够响应我国的环保政策。今后，在设计暖通空调时，对于分析和研究这项技术要格外的重视，能够真正意识到这项技术对于人们的生活水平产生的作用，促使有关实施措施充满科学性。