地源熱泵中央空調的多種設計方案及其特性分析

郭延廣

摘 要 通過對地埋管的地源熱泵中央空調的了解與研究，在其冬、夏季運行期間，對累積取熱量、地層的巖土體累積排熱量的多種平衡情況和我們國家的不同地域所對應的不同的氣候情況，我們提出了以下幾種不同的設計計劃，而且針對各種情況進行逐一討論，從而論證了它們各自擁有的特性和其適用情況。

關鍵詞 地埋管換熱器；空調系統；地源熱泵

中圖分類號 TU8 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）14-0021-02

地源熱泵中央空調的技術能夠適應現在中國正熱的節能與減排的重要國策，而且，它能在儲存熱量的同時妥善處理好淺層土壤里的能量。這種方法可以做到更好的供暖，而且在夏季的空調和冬季的供熱方面的費用就大大降低了。因此種較好的特性，使得該種技術受到國人廣泛的關注，引起國人濃厚的興趣。眾所周知，地源熱泵工程擁有多種形式，相應地，在地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵、地下水地源熱泵等多種不同形式的地源熱泵工程里，地埋管地源熱泵的發展是最為迅速的，因此本文就詳細論述了這一點。

我國最大的特點就是有著廣闊的土地和豐富的地質資源，因此，我國各個地區的氣候存在著不小的差異。所以，在地源熱泵的使用方面，應該做到把不同地區區分開來，然后仔細比對不同方案的區別，準確判斷出不同的氣候地區應該使用的地源熱泵方案。在當下地源熱泵的行業中，對于嚴寒地區或是冬暖夏熱地區采用地埋管熱泵是否合理的觀點一直存在著一些問題。

1 提出不同的方案，做到具體問題具體分析

地源熱泵在我國國土南方與北方廣大寬闊的地方的發展與改革現在已經漸漸的體現出來。小到建筑面積只有數百平方米的小型別墅，大到占地面積擁有數十萬平方米的大型商業建筑，均有工程的實例出現。正是因為地埋管地源熱泵擁有的特點是眾多其它技術無可替代的，所以如果在同樣條件下地源熱泵所體現的經濟效益和使用方面比其他的技術更多更好的時候，地源熱泵系統應該是首先考慮的。當下的很多知名建筑工程都運用了這種技術，但是由于我國地域、氣候方面有所差異所以地埋管地源熱泵中央空調方面的設計就要全方面的考慮了。第一種方案：就是地埋管和普通的熱泵機組在搭配冷卻塔的組合；第二種是把普通的熱泵機組換成熱回收熱泵機組再搭配冷卻塔的組合；第三種方案是地埋管和雙冷凝器熱泵機組再搭配閉式冷卻塔的組合；最后一種方案是地埋管加上熱泵機組再搭配太陽能的組合

方式。

2 各種方案的實際原理

《地源熱泵系統工程技術規范》上面有明確的要求：應提前計算好至少一年內的動態復核，在這一年時間中，地源熱泵的釋放與排放的熱量和提取淺層土的能量應達到一個平衡的狀態。

1）地埋管地源熱泵系統的工作原理是將室內多余部分的熱量通過地埋管排放到外界，這就使得室內有一個舒適的適宜生活的環境。因為地埋管換熱和室外地面的換熱之間通常是不穩定的。所以散熱器是所有程序的中心。熱量從散熱器出發擴散向四周，向土壤中的巖石或室外的空氣中散發。夏天時，地源熱泵運行時排放出的熱量就會向換熱器周圍擴散，在日積月累的情況下擴散的速度就會減慢，那么隨之而來地埋管換熱器的實際作用就慢慢降低了。在冬天運行時，土壤中的熱量會被散熱器收集起來，這也造成了換熱器作用的降低。如果說每年的熱量排放量與提取量有很大的差異的話，隨著使用時間的增加，自然調節的能力就會大大減弱，到一定程度，地源熱泵系統也就發揮不出應有的作用了。

同時，與制熱相對應的，地源熱泵在制冷的方面，熱泵冷凝器的排熱量被熱泵系統傳送到地埋管換熱器里。也就是說建筑與熱泵機同時在消耗能量，與此同時循環水泵排放到水中的熱量也在其中存在；供熱的時候就恰恰相反，這其中時間是決定溫度變化的最直接的

因素。

2）不同的設計方案的機理是基于巖土體的熱平衡狀況來說的，換句話說，它的決定條件是各個地區的氣候和空調房功能方面的差異和由運行方式導致的排放熱量和吸收熱量存在的差異。很多人都希望巖土土地不達到熱平衡的狀態，因為地埋管熱泵的排放熱量和吸收熱量的差異是很明顯的，首先，是不希望原有的良好生態環境遭到破壞和損毀；第二個原因就是熱平衡改變情況如果很大，那么土壤內巖石和泥土的溫度就會持續性的連續升高或者連續降低，這就導致整個地源熱泵中央空調系統遭到很大的影響，其中最大的影響就是地埋管換熱量的持續性衰減，這種現象嚴重影響了整個空調系統的使用。

3 列舉其中幾個方案的特點并分析

第一種方案的構成特性并分析其特征：第一種方案適合用在一種特定的工程應用上，這種應用的特點是建筑物全年累計排放的熱量明顯大于累計吸收熱量。

第一種方案的構成特點。第一種方案就是地埋管和普通的熱泵機組在搭配冷卻塔的組合，這種組合適用于從全年累計排熱量來看夏季大于冬季的建筑工程里，這種方案可以使系統排放的熱量和系統吸收的熱量達到基本平衡，可以把多余的一部分熱量排放到其他不影響整個系統的地方，使其不排放進淺層土壤。使用冷卻塔的原因就是如此，冷卻塔可以更好的將熱量排放到大氣當中。以此種方法進行設計的建筑工程有很多。這個方案在實際的應用上確實可以使土壤和建筑達到基本熱平衡，而且成本不高，適合投資，而且在地埋管放置的設計方面不需要很大的占地面積，已經可以說基本達到國家現在積極倡導的節能減排，降低污染的標準。

以下為黑龍江的工程實況：坐落于黑龍江省的一棟商業性性質的辦公建筑，它的組成是3層商業樓和13層辦公樓，整個工程的總建筑的的面積是21 274m2。黑龍江地區的制冷季節大約是2、3個月，而供熱季為7個月左右。所以，該地區埋管地源熱泵中央空調工程，冬季的總排量約是夏季總散熱量的3倍左右。

第二種方案的構成特點。第二種方案是把普通的熱泵機組換成熱回收熱泵機組再搭配冷卻塔的組合，在整個方案的實行過程中不需要太多的生活熱水，并且可以利用熱回收機組吸收并儲存起來的熱量來對自來水進行加熱，使其達到生活用水的標準。而且在實際應用上不能達到與外界的基本熱平衡的情況下，可以通過增加冷卻塔的方式，使冷卻塔能更好的向大氣排放多余的

熱量。

第三種方案的構成特點。第三種方案是地埋管和雙冷凝器熱泵機組再搭配閉式冷卻塔的組合，假設它的熱泵機使用的是雙冷凝機組而不是標準的冷凝機組，并配備上閉式冷卻塔。那么就需要重新設計雙冷凝器機組，從而使其達到應有的效果。

第四種方案的構成特點。第四種方案是地埋管加上熱泵機組再搭配太陽能的組合方式。這個組合最明顯的特點是在寒冷的冬季也可應用太陽能，這一方面補足了熱泵機組的不足，同時，在另一個方面，夏天空調系統使用的過程中也可以把太陽能產生的熱水通過合理的方式流入地埋管換熱器，這可以更好地控制散熱器的損耗問題。這種方案最早在天津實施并取得很好的成效，同樣，我國的西北、東北等太陽能資源較為豐富的地區也可以實行這種方案，而且，其全年的日照時數可能會達到22 003 210小時。正是因為這個原因，太陽能可以成為為巖土體提供儲熱的方式之一。

最后，以上的方案要按照實際需要并結合各方面的因素合理的確定，不足之處還要根據實際情況加以

改良。

參考文獻

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