暖通空調設計中地源熱泵的應用

張小芳

深圳市極水實業(yè)有限公司，廣東深圳 518057

現(xiàn)代生活逐漸向舒適靠近，空調機也逐漸走入了我們的生活，同時我們無論在生活中還是在生產中也越來越依賴空調，但是由此帶來的能源浪費也值得我們的關注。再加上地球上可以利用的資源日漸減少，環(huán)保節(jié)能逐漸成為現(xiàn)代生活、生產設計的主題。地源熱泵具有熱源穩(wěn)定、再生能源、良好的安全性、環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點，被暖通空調設計者青睞，成為我國暖通空調設計中的一種發(fā)展趨勢。地源熱泵技術不可避免地指引暖通空調設計的發(fā)展，慢慢取代了傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)設計。結合我國目前的可利用資源的實際情況，地源熱泵在暖通空調中充分發(fā)揮了優(yōu)勢，不僅僅提供了暖通空調的設計質量，而且還減少了能源開支。

1 地源熱泵系統(tǒng)的含義

所謂的地源熱泵，即將傳統(tǒng)空調系統(tǒng)中的蒸發(fā)器或者冷凝器埋入地下，其與大地熱交換的過程中，或者中間介質在封閉的環(huán)路中經過大地進行循環(huán)流動，以水源在高強度、高密封性塑料管環(huán)路中的持續(xù)、循環(huán)流動為載體，實現(xiàn)與大地的熱交換的方式達到空氣調節(jié)的目的。也就是說，地源熱泵的熱能主要依靠大地，從這個角度來看，就大大減少了能源的消耗。這種地源熱泵運用到暖通空調設計當中，在現(xiàn)代能源缺乏的情況下，很值得廣泛應用。

1.1 地源熱泵系統(tǒng)的原理

地源熱泵系統(tǒng)的原理主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，在夏季高溫天氣狀況影響下，地埋管地源熱泵機組能夠將建筑物所吸收到的熱能轉移到地下存儲，達到對建筑物降溫的目的；另一方面，在冬季低溫天氣狀況影響下，地埋管地緣熱泵系統(tǒng)又能夠將地下土壤在夏季所儲存的熱能轉移到建筑物內，同時將建筑物內的冷量轉移到地下儲存，達到為建筑物供暖的目的[2]。就像自然現(xiàn)象一樣，水往低處流，熱能也是向低溫的地方傳導，但是我們可以創(chuàng)造水泵使水往高處流，同樣我們也可以創(chuàng)造熱泵使得熱能向高溫處傳導，因此熱泵屬于提高溫度的一種新型系統(tǒng)。

1.2 地源熱泵在暖通空調設計中應用的優(yōu)點

地源熱泵最大的優(yōu)點就是節(jié)約能源和保護環(huán)境，現(xiàn)在筆者將從以下幾個方面介紹它的優(yōu)勢，促進它的推廣：1）一般使用暖通空調的都是北方地區(qū)，溫度較低，地源熱泵是長期埋在地下的，不僅僅不會有損建筑物的美觀，而且還不用擔心雪霜覆蓋容易損壞系統(tǒng)；2）地源熱泵在暖通空調中的使用，與傳統(tǒng)的空調不一樣，不排放廢氣廢水，減少對居民身體健康的影響和環(huán)境的污染；3）在環(huán)境介質中，大地的溫度變化是相對較小的。冬天時候大地的溫度往往比室內溫度高，而夏天的時候卻相反，地源熱泵利用了這個特點，提高了熱能的利用效率，促進能源的充分使用。（4）大地具有儲存熱能和冷能的功能，可以把夏天的高熱能儲存在大地當中，以便冬天的時候使用；另外還可以把冬天的冷能量也儲存到大地當中，以便夏天的時候使用。地源熱泵利用大地這個功能，可以同時滿足兩個季節(jié)的對空調的要求，既不污染環(huán)境，又可以提高能源的利用率。

2 暖通空調設計中的應用

雖然暖通空調設計中應用地源熱泵具有很大的優(yōu)勢，但是地源熱泵的設計往往容易受到客觀環(huán)境的限制，無法適合所有的系統(tǒng)設計。正如：某市的城北小區(qū)建設工程，建筑面積為70000m2，地下90 米之內主要是含有砂土，由于砂土的鉆孔開支較少，比較適合使用開放式地源熱泵系統(tǒng)，而不適合采用水環(huán)地源熱泵系統(tǒng)。上述案例可見，地源熱泵在暖通空調設計中的應用是因地制宜的。

2.1 熱能不足

在大地熱能不足以保證冬季取暖時，系統(tǒng)設計要增設特制熱的裝置來增加熱能，達到相關規(guī)定，滿足熱量的需求。而冬季儲存的冷能也不能滿足夏季制冷需求時，系統(tǒng)設計就得增加冷卻裝置。但是增加設備的同時也會增加經濟負擔，因此需要經過計算才能確定采用地源熱泵技術是否合理。比如：某酒店建筑物的總面積大約為20000 平方米，整改之前的裝置主要由冷卻設備和燃煤設備組成，這種裝置較落后、工作效率較低，跟不上現(xiàn)代空調設計的腳步。在2007 年該裝置應用了地源熱泵，滿足了把夏天的高熱能儲存在大地當中，以便冬天的時候使用；另外還可以把冬天的冷能量也儲存到大地當中，以便夏天的時候使用，減少空調設計的負荷，減少對城市環(huán)境的污染[3]。像這種都不滿足熱能和冷能的需求，且溫度差距很大時，可以考慮使用埋管的方法，系統(tǒng)只需增設冷卻裝置即可，操作相對于方便，經濟負擔也降低了。

2.2 正確選擇機組

機組的正確選擇，就是要求機組要和地源熱泵的類型適應。目前市場上的機組五花八門，各種類型的都有，而且沒有統(tǒng)一的規(guī)范，因此，在挑選機組時應該注意此次工程地源熱泵的類型適合何種機組。比如工程應用的是開放式地源熱泵空調設計方法，但是采購了水環(huán)熱泵系統(tǒng)的機組，就會導致夏天不可以正常使用。

2.3 能效比與性能系數(shù)的選擇

在暖通空調設計當中有效的應用地源熱泵，對機組的能效比和性能系數(shù)有相當嚴格的要求。每個廠家生產的機組能效比和性能系數(shù)都有可能不一樣，因此設計者在選擇時需注意。正如德國某個廠家生產的機組，在制熱的性能系數(shù)一般在4.5 到7.2 之間，而在制冷時小的只有0.65 噸，大的有30 噸，相差較大 。由于廠家的測定條件不一樣，得出的值也會有偏差，另外根據(jù)工程進行的情況不一樣要求的值也會不一樣。

2.4 抽水井、回灌井的選擇

保證暖通空調設計的正常運行，關鍵是抽水井和回灌井的選擇，對其要求既要保證地源熱泵的正確應用，又要減少能源的浪費。根據(jù)暖通空調設計的相關規(guī)定，要求抽水井和回灌井的井深平均為100 米，自由升降度為7 米左右，抽水量在95m3/h 左右，回灌水量在48m3/h 左右，靜止水位平均約為地下32m，動水位平均約為地下 38m。

2.5 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分別為熱泵機組的自動控制系統(tǒng)、水池的控制系統(tǒng)和井群控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的個組成部分都各司其職。比如熱泵機組的自動控制系統(tǒng)主要職責是通過自動化裝置對暖通空調進行制冷制熱的有效控制，減少人為的工作量；水池的控制系統(tǒng)主要是根據(jù)水位的高低來確定是否需要開啟深井蓋；井群控制系統(tǒng)主要是負責對此系統(tǒng)進行分組管理，促進控制系統(tǒng)發(fā)揮其作用。

3 結論

目前，地源熱泵在暖通空調設計中的使用已經得到的我國空調設計者的認可，而且地源熱泵具有熱源穩(wěn)定、再生能源、良好的安全性、環(huán)保、節(jié)約資源等特點，逐漸取代了傳統(tǒng)的空調設計。所以，地源熱泵對指引暖通空調設計具有重大的意義，成為暖通空調設計的一個重要發(fā)展趨勢。另外，由于地源熱泵能量的來源主要依靠大地，在此基礎上減少了能源的開發(fā)和浪費，并且與傳統(tǒng)的空調設計相比未帶來環(huán)境污染，體現(xiàn)了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，與環(huán)保節(jié)能的主題相適應。但是，在采用地源熱泵技術時要與暖通空調的設計類型相適應，才能促進暖通空調設計中地源熱泵的應用。

[1]羅迎賓，梁路軍，季柳金，等.地源熱泵在水產養(yǎng)殖恒溫系統(tǒng)中的應用研究[J].現(xiàn)中國建設信息供熱制冷，2010，19(1)；622-623.

[2]胡濱.暖通空調設計中地源熱泵的應用[J].城市建設理論研究，2011，19(19)；42-45.

[3]邵明亮.地源熱泵在建筑空調設計中的應用分析[J].科技致富向導，2010，24(30)；619-620.

[4]張凱，黃艷秋.淺談暖通空調設計中地源熱泵的應用[J].程式建筑研究，2012，13(33)；316-317.