暖通空調設計中地源熱泵的應用研究

莫志苗 陜西省建筑設計研究院有限責任公司西寧辦事處

隨著人們環保意識的增強，綠色節能環保理念逐漸被滲透到各領域中。地源熱泵技術是在綠色節能環保理念基礎上衍生的新型節能技術，將其應用于暖通空調設計中，可有效解決以往系統運行存在的大能耗問題，在維護系統性能的基礎上，做到節能減排，推動行業的良好發展。

一、地源熱泵技術

熱泵屬于熱量提升裝置。熱泵的使用可將熱量從低溫運送至高溫，在運送過程中，消耗自身一部分能量，將環境介質中的能量實行挖掘并加以利用，以達到高溫運送的要求。在這一過程中，熱泵自身消耗的熱量系數較低，減少與環境介質間的能量轉化，有效降低熱能傳送中的損耗。地緣熱泵就是充分利用熱泵的運行原理展開工作的。傳統蒸汽壓縮式熱泵制冷系統是由壓縮機、蒸發器、冷凝器和節流閥等部分構成，可做到熱能的循環傳送。而地緣熱泵與傳統蒸氣壓縮式熱泵制冷系統的不同點在于，其使用深井水取代原有材料，在優化系統性能的同時，大大降低了能源損耗。

二、暖通空調設計中地源熱泵的應用

（一）地理管道與熱泵機組的結合

地理埋管和熱泵機組的結合是地源熱泵在暖通空調設計中最常見的方式，結構簡單，效果良好。在地理管道和熱泵機組組合設計中，需要對埋管長度、位置、開孔位置和距離、管道占地面積、輔助設備等內容予以準確計算，以促進系統的正常運轉，減少能量傳輸中存在的問題。在實際設計中，埋管長度要結合地理埋管所在位置進行科學設置，位置不同，長度不同。開孔位置及空槽間距則應根據計算所得的埋管熱量參數及冷卻負荷參數加以確定，豎向的埋管長度換熱量與最大負荷取值可確定管道的占地面積。這些參數數據及位置確定完成后，工作人員即可根據這些參數數值及系統要求，對所需設備實行選擇，保證配套設施的完善性、合理性。另外，還應做好熱泵機房圖紙設計工作，明確機房面積、電源形式及開關位置，為后續施工作業提供依據。

（二）地理埋管與熱回收機組的結合

該組合方式一般被應用在實際熱排量大于單位工程項目規范熱排量的情況下。該模式多數出現在我國北方地區。我國北方地區冬夏兩季溫度劃分較為分明，冬季氣溫較低，寒冷指數高，對于熱量的需求也相對較大，而夏季地表溫度較高，對冷氣的需求量較多。所以在暖通空調設計中，會采用地理埋管與熱回收機組組合的方式，來實現熱能的循環利用，減少能源損耗。該系統的工作原理為：

夏季到來時，熱回收式熱泵機組會利用地理埋管將部分熱量傳遞到生活渠道中，達到降溫的效果。在冬季到來時，從巖土中獲取熱能，再利用地埋管線傳送到人們生活渠道中，達到升溫的效果。熱回收式熱泵機組在實際應用中，按照熱量平衡機制的要求，將夏季儲存的熱量全部或部分輸送到系統設備中，以滿足人們的生活需求。且能量的傳輸可通過人為自由操控。

（三）地理埋管與熱泵和冷卻塔的組合

冬夏兩季對于室溫的要求相對較高，雖然兩個季節對溫度的要求是相反的，但不影響對能量的需求。鑒于此，在暖通空調設計中，可采用將夏季收集的全部熱量不轉移到巖土體而是轉移到冷卻塔中的方式，來提升熱量的轉化效率，實現瞬間的制冷或制熱處理，以此來降低熱能傳輸中的能量流失，達到能源節約目標。同時該方式也可保證同一單元內熱量系數不受影響。再者，北方地區初春和秋季的風力較為強勁，將這些風力轉化到冷卻塔中，可為其提供動力能源，節約能源。風力可將風能轉化成機械能，在能量守恒定律的引導下，為設備提供所需能源，增強其整體運行效果。這項措施為該組合模式的推廣帶來了更多空間和機遇，并且也為暖通空調設計的革新提供保障，符合現代發展的相關需求。

三、地源熱泵應用中的注意事項

（一）因地制宜

地源熱泵技術在暖通空調設計中的應用，應當遵循因地制宜的基本原則，這樣能夠降低地源熱泵落實中環境因素對其帶來的不利影響，以改善設計的整體效果，優化暖通空調系統性能，實現節能目標。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加大熱能，使熱能滿足相關規定要求，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。

（二）科學選擇地源熱泵機組類型

現階段，市場中出現的機組類型種類較多，再加上統一管理規范的缺失，使得暖通空調設計中面臨著較多選擇，一旦出現失誤，會直接阻礙地源熱泵性能的發揮，不僅達不到設計和使用要求，還會造成較大的資金損耗。因此，在設計中，需根據地源熱泵類型選擇合適機組，來改進系統運行效率，強化控能效果。另外，在地源熱泵機組選擇上，機組能效比和性能系數是需要重點掌握的數據，這就要求設計人員根據暖通空調設計要求，對相關系數進行計算，參照計算結果對比不同廠家給出的各項機組性能參數。之后從中選擇最為合適的機組應用到設計活動中，確保地源熱泵技術在暖通空調系統中的作用和優勢得到充分發揮。如果機組類型或者機組的能效比、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，不利于建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

（三）控制系統的科學把控

地源熱泵下的控制系統共三個：一是熱泵機組的自動控制系統，該系統充分利用自動化設備完成科學管控，不需要人員參與；二是水池控制系統。該系統主要用于水位高度的調節，控制水位不超過臨界點，以免危險的產生；三是井群控制系統。該系統用于分組管理，保證全部控制系統的正常運轉。在設計中，人員需根據控制系統性能要求展開管理作業，以加強整個系統運行的合理性。

四、結語

暖通空調設計中地源熱泵技術的應用，可優化和調整各類系統，在維持室內環境調節合理性、舒適性的基礎上，降低能源損耗，改善人們的生活品質，進而平衡房屋建設與環境保護間的關系。