暖通空調設計中地源熱泵的應用研究

摘要：地源熱泵系統的能量都是從大地獲取的，當在暖通空調設計中應用該技術，可以有效降低能源的消耗量，與此同時，還不會對環境造成污染。本文簡述了地源熱泵的概念，對地源熱泵的優缺點進行了分析，探討了地源熱泵在暖通空調設計中的應用，以供參考。

關鍵詞：暖通空調設計；地源熱泵；應用

前言

隨著國民經濟水平的提高，人們的生活質量也得到有效的提高，因此，人們對于自身的工作以及生活環境質量提出更高的要求。在這種社會發展環境下，暖通空調企業得到了快速的發展，其不僅能夠對室內的空氣質量以及溫度進行有效的調節，而且也在一定程度上給人們提供了更舒適的工作以及生活空間。

1、地源熱泵的概念

所謂地源熱泵技術是指通過少量高品位能源（電能等）將陸地淺層低品位能源轉化為高品位能源的技術。地源熱泵分為土壤源熱泵、地下水熱泵、地表水熱泵等三類，屬于清潔能源的一種[1]。該技術運用于暖通空調當中主要分為熱泵機組、室外地能換熱系統以及室內空調末端系統三個部分，能夠實現調節室內溫度，實現冷熱交替的功能。暖通空調中運用地源熱泵技術不但能夠提高系統工作效率，還能節約能源，減少溫室氣體的排放，實現節能減排的效果，進一步提高企業的經濟效應，響應國家可持續發展策略。

2、地源熱泵的優缺點

2.1 地源熱泵的優點

地源熱是一種清潔能源，具有環保、高效等優點，地源熱泵技術運用于暖通空調中，不但能夠節約能源，還能減少溫室氣體的排放，實現環保，是一種節能環保的全新能源技術。吸收式、熱電式、機械壓縮式、蒸汽噴射式是地源熱泵常見的四種驅動方式。熱電式地源熱泵經過多年的技術發展，在暖通空調工作過程中排放出來的氣體不會污染周圍環境，同時，在工作過程中，產生的噪音極小，減少噪音污染。相較于熱電式熱泵而言，吸收式、機械壓縮式以及蒸汽噴射式所需的專業性更高，不但需要員工具備較高的專業素質，同時，員工在工作過程中，還需擁有細致縝密的思維及態度，保持準確性。

2.2 地源熱泵的缺點

地源熱泵主要依靠地下能源的支持，因此，對土壤的要求較高。但是，近年來，隨著城市化的發展，環境破壞和污染現象較為嚴重，大量植被遭砍伐、未經處理的污水肆意排放，嚴重降低了土壤的質量，各種地質災害也在頻繁發生。這些情況局限了地源熱泵技術的發展，也給技術人員的工作增加了不小的難度。此外，由于我國目前熱泵系統與地下換熱器的配合研究不夠透徹，技術不完善，對傳熱模式和傳質依賴比較嚴重，再一次對技術人員提出了更高的技術要求。

3、地源熱泵在暖通空調設計中的應用

3.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵通常情況下也被稱作為土壤熱交換器地源熱泵，其主要指的將地表淺層的土壤作為熱源，在耦合性交換地熱器的有效的作用下，水平放置在預設的地溝中，或者是以U型管形式放置在豎井內，同時與水環路保護系統進行有效的連接。與傳統熱泵相比，大地耦合熱泵主要體現以下幾個方面優勢所在：①由于地下土壤相對溫度波動較小，并且地面， 地表內的空氣波動也具有一定的衰減以及延遲性作用，從而在一定程度上確保大地耦合熱泵能夠在穩定的狀態下運行； ②從土壤中取熱，不需要設置鍋爐以及冷卻塔等設備，在一定程度上避免了對環境造成的污染性問題； ③其能夠與太陽能集熱裝置進行有機的結合，在土壤放熱以及蓄熱的有效作用下，實現更好的制冷以及供熱效果。在大地耦合熱泵實際的應用過程中，一方面，需要選擇有效的地下土壤換熱器類型，從目前大地耦合熱泵現狀上看，主要分為水平型以及垂直型兩種類型，在應用中相關的技術人員需要根據建筑的具體情況進行選擇，通常情況下垂直型埋管模式應用的較為廣泛；另一方面，選擇地下換熱器管材。由于管材都是深埋于地下，因此，從系統運行的穩定性以及可靠性角度出發，應該選擇具有良好化學性能以及耐腐蝕性的管材， 并且還應該具有一定的韌度以及強度。

3.2地下水熱泵

所謂的地下水熱泵系統主要指的是將地下水有效的介入到熱泵系統機組中， 充分利用地下深井水溫具有相對穩定性的這一特點，從而有效交換熱量。地下水熱泵的主要優勢在于，其不僅占地面積相對比較小，而且在應用過程中具有顯著性的效果，并且一旦能夠合理的進行設計，將不會出現故障性的問題，能在一定程度上降低設備的維護成本，同時施工相對比較簡單，技術相對比較成熟。在地下水熱泵應用過程中，在地下水進行抽取之后，必須要進行相應的回灌工作，預防對周圍的地理以及生態環境造成不利的影響。

3.3地表水熱泵

地表水熱泵與地下水熱泵有著諸多的相似性特點，但是不同的是，地表水熱泵主要是由潛在水面以下的塑料管道為主要的構成部分，在地表水熱泵運行中形成的地下水熱交換系統能夠代替土壤熱交換系統。在進行暖通空調系統設計過程中，采用地表水熱泵必須要將建筑物與管道進行有效的連接，從而才能一定程度上保障地表水熱泵能夠在穩定的狀態下運行。除此之外，在地表水熱泵的應用過程中，必須要對該區域內的周圍環境條件進行充分的考慮，對相關的設備以及管道進行必須的防潮以及防凍處理，降低氣候因素對其的破壞以及影響。

3.4 冷卻塔運行策略

所謂冷卻塔就是緩解地熱不平衡的輔助冷源。由于地下能源變化較大，通常難以控制，在提取的過程中，往往會出現地熱不平衡的現象，這種現象將會導致暖通空調工作效率不穩定，從而影響暖通空調的正常使用。因此，在運用地源熱泵技術時，往往需要使用冷卻塔來緩解地熱不平衡現象。為了進一步提高冷卻塔的工作效率，首先，需要根據設備的型號，選取合適的冷卻塔。其次，在運用冷卻塔時，需要制定一定的啟停策略。

4、結束語

綜上所述，加強對地源熱泵技術在暖通空調中應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的暖通空調設計過程中，應該加強對地源熱泵技術關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

參考文獻

[1]李詩敏.暖通空調設計中地源熱泵的應用分析[J].四川水泥，2015，（08）：117.

[2]孫浩.簡析暖通空調設計中地源熱泵的應用[J].建材與裝飾，2016，（38）：161-162.

[3]王宇清.暖通空調設計中地源熱泵的運用[J].科技傳播，2015，7（24）：124+148.