解析暖通空調設計中地源熱泵的應用

楊偉忠

摘 要：隨著社會經濟的快速發展，人們開始追求更高品質的生活環境，為了保證居住環境溫度可以更加適宜，人們開始更加依靠暖通空調的應用，這樣就增加了能源的消耗，同時也對人們居住的環境造成了一定的危害，在國家大力推動節能減排政策的情況下，暖通空調設計也必須進行改革。本文簡單介紹了地源熱泵技術的工作原理及地源熱泵系統的特點，重點對暖通空調設計中地源熱泵技術的應用進行了探討，并分析了地源熱泵應用的注意事項。

關鍵詞：暖通設計 地源熱泵技術 應用

前言

1、地源熱泵技術的工作原理

熱泵實質上是一種熱量提升裝置，采用熱泵可以把熱量從低溫運送到高溫。它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的 1/3 或更低，這也是熱泵的節能特點。熱泵與制冷的原理和系統設備組成及功能是一樣的，對蒸汽壓縮式熱泵 （制冷）系統主要由壓縮機、蒸發器、冷凝器、和節流閥組成，還應有起到輸送能量的循環工質.作為地源熱泵，與傳統的蒸汽壓縮制冷不同的是地源熱泵制冷省略了龐大的冷凝設備，而以深井水取而代之。

2、地源熱泵系統的特點

2.1 經濟性

地源熱泵系統雖然也需要使用空調，但相對傳統空調系統而言，供熱和制冷的運行費用可以有效減少 30～45%，除此之外，地源熱泵的能量主要來自大地，對電能的依賴小，能耗小，經濟優勢十分突出。

2.2 能效性

地源熱泵系統雖然能耗小，但絲毫不影響其制冷和供熱的效果。在實際運行過程中，利用大地儲存熱能的特性可以同時滿足冬天和夏天兩個季節的能量需求，地源熱泵系統中的冷卻系統冷凝溫度比普通空調更低，制冷效果較傳統的冷卻塔式系統和風冷式系統更好，而在供熱過程中，可以將溫度維持在明顯高于常規狀態下的環境溫度范圍內，在寒冷的冬天為我們提供一個更加舒適的環境。

2.3 清潔性

在實際應用過程中，由于地源熱泵系統所需的熱量主要來自于大地中的熱能，不存在燃料燃燒的過程，因而可以有效減少對周邊環境的污染和影響，除此之外，地源熱泵系統的配置更加簡單，擺脫了傳統空調冷卻塔裝置和外掛機設備等配置對周邊自然環境產生大量污染的困擾。

2.4 安全性

地源熱泵系統的管理和控制都是通過計算機進行的，在多工況運行狀態下具有更高的可靠性，在一定技術支持下，甚至可以實現遠程控制。地源熱泵系統在運行時可以忽略許多環境因素的影響，與普通空調系統相比表現出更高的穩定性。具有這些優勢，保證了人們在更安全的環境下使用地源熱泵系統。

3、暖通空調設計中地源熱泵技術的運用

3.1 大地耦合熱泵

大地耦合熱泵技術的主要是以地球表面淺層的土壤作為能源或者是熱量的來源，在實際的使用過程中，此類熱泵技術具有以下優點。①土壤中溫度的波動較小。同其他環境介質相比，一定深度的土壤溫度變化較小，與此同時，土壤對于地表淺層溫度以及空氣中溫度的變化具有一定的延遲作用，所以，將土壤作為地源熱泵的裝置是非常明確的選擇。土壤作為巨大的能量儲存體，將大地耦合熱泵技術與太陽能集熱裝置一同使用，可以大大的提升地表淺層能源的使用效率，也可以確保地源熱泵技術的正常使用。②地源熱泵技術具有環保節能的優點。將土壤作為熱能量的儲存地方，可以部分代替或者完全代替鍋爐房、冷卻塔的使用，同時還可以減少暖通空調對環境的污染程度。③大地耦合熱泵技術具有較高的穩定性能。大地耦合熱泵深埋在地表以下，可以有效的借助大地的熱能對室內居住環境的溫度進行調節，所以，夏天的高溫以及冬天的環冷溫度都不會對大地耦合熱泵帶來影響，為此，大地耦合熱泵也不用進行除霜等處理。

3.2 地表水熱泵

地表水熱泵系統跟地下水熱泵技術相似，不同的是，地表水熱泵技術主要是通過地表水面以下的塑料管道構成的，這些塑料管道的構成形式主要是多重并聯模式，在地表水運行的過程中形成的地下水熱交換器，這樣可以在一定的情況下替代土壤的熱能源交換系統。

3.3 地下水熱泵

地下水熱泵是目前使用最為廣泛的地源熱泵技術之一，也是地源熱泵技術的研究重點。①占地面積小，布局嚴謹。地下水熱泵的水井系統占地面積比較小，但是地下水的抽取與回灌卻不會受到占地面積的影響，同時，嚴密的水井系統布局也使地下水的抽取與回灌效果大大提升。②運行成本低。大型地下水熱泵系統的單位容量成本比較低，只需要一個流量較高的井就可以滿足整個暖通空調系統的正常運行。③系統維護成本低，對環境的影響較小。合理的地下水熱泵循環系統設計可以保證系統高效、穩定的運行，甚至不用進行日常維護，由此可以節省大量的維護費用，同時，通過地下水回灌，地層的實際含水量基本不變，因此地下水熱泵循環系統對環境造成的影響比較小。

4、地源熱泵應用的注意事項

4.1 地源熱泵

在暖通空調設計中的運用要因地制宜將地源熱泵運用到暖通空調設計中具有很大的技術優勢，但在實際使用過程中，地源熱泵的設計卻會受到客觀環境的諸多限制，因此地源熱泵在暖通空調設計中的運用應當是因地制宜的。當大地夏季儲存的熱能不足，無法滿足建筑物的冬季供暖時，系統設計就要增加制熱裝置來增加熱能，使熱能滿足相關規定的要求，當大地冬季儲存的冷能量不足，無法滿足建筑物的夏季制冷需求時，系統設計就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

4.2 正確選擇與地源熱泵類型相適應的機組

目前，市面上的機組類型繁多，也缺乏統一的規范與管理，因此在暖通空調設計中要根據地源熱泵的類型來挑選合適的機組，同時，地源熱泵對機組的的能效比與性能系數有著很高的要求，而且各個廠家生產的機組，其能效比和性能系數可能存在不同，因此設計者必須根據地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數。如果機組類型或者機組的能效比與性能系數與地源熱泵類型不相適應，就會影響地源熱泵系統的正常使用，影響建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系統的合理管控

地源熱泵的控制系統主要有三個：①熱泵機組的自動控制系統。這個系統主要借助自動化裝置進行制冷以及制熱的合理調配，不需要人工操作；②水池的控制系統。這個系統的調控依據是水位的高低，當水位達到一定高度時，系統會開啟或者關閉深井蓋；③井群控制系統。這個系統主要進行分組管理，并促進其他控制系統控制能力的正常發揮。

5、結束語

綜上所述，總而言之，在建筑行業飛速發展的帶動下，暖通空調設計成為建筑設計的重要組成部分，直接影響著室內環境的舒適度。現階段，隨著社會經濟的的發展，我國的暖通空調安裝率已經達到了百分之百，空調已經成為了人們日常生活的一種最基礎的配件。自發明暖通空調地源熱泵以來，其結構原理和運用一直在不斷的更新和改進，我們應該對相關資料進行綜合歸納，并從更深層次的角度對暖通空調設計中地源熱泵的運用做全面的解析。

參考文獻

[1]李曉.淺析暖通空調設計中地源熱泵的運用[D].合肥：合肥工業大學，2014：124～131.