暖通空調設計中地源熱泵的應用

馬杰

（容海川城鄉規劃設計有限公司，山西太原 030003）

我國城市化發展的過程中，建筑暖通空調系統尤為關鍵，但是在運行的過程中需要豐富的能源支持，暖通空調設計也成為工程設計中的重點內容。建筑單位需采取有效措施充分保證室內溫度環境的舒適性和適宜性。由于地源熱泵的穩定性和安全性優勢明顯，在暖通空調設計中也得到廣泛應用。

1 地源熱泵系統概述

地源熱泵系統將巖土體、地下水和地表水作為低溫熱源，供熱空調系統主要由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統組成，結合地熱能交換系統的主要形式，通常可分為三種系統：①地埋管熱泵系統；②地上水地源熱泵系統；③地表水地緣熱泵系統，如圖1 所示。

圖1 地源熱泵系統

2 地源熱泵的特點

地源熱泵具有十分鮮明的特點和優勢。地源熱泵的經濟性較強、能效較高，而且不易產生環境污染，運行過程中不易出現安全隱患。上述優勢也是地源熱泵在暖通空調系統中得以廣泛應用的主要原因，如圖2 所示。

2.1 經濟性優勢明顯

圖2 地源熱泵的特點

地緣熱泵系統運行的過程中需保證空調的平穩運行，與傳統空調系統相比，地源熱泵系統的供熱和制冷系統運行中，消耗的費用可減少30%～50%，而且地源熱泵主要從大地攝取能量，無須過度依賴電能，且能耗較小，具有十分鮮明的經濟優勢[1]。

2.2 能效高

地源熱泵系統的能耗較低，但是制冷和供熱效果較好，在熱泵運行的過程中，合理利用大地儲存的熱能，可全方位滿足冬夏兩季的能量需求。地源熱泵系統中的冷卻系統中的冷卻溫度，通常低于普通空調的冷卻溫度，與傳統的冷卻塔式系統和風冷系統相比，該類系統的優勢更為明顯。供熱時，溫度應略高于常規條件下的溫度，這樣在冬季低溫時段也可保持室內環境的舒適性。

2.3 清潔性強

應用地源熱泵時，地源熱泵的熱量源于大地，無須燃料燃燒即可提供熱量，可以顯著減輕對周邊的環境污染。另外，地源熱泵系統配置更為合理，同時也有效擺脫了傳統空調冷卻塔裝置及外掛機設備等多個裝置，對周邊環境產生的不利影響。

2.4 安全有保障

地源熱泵系統管理與控制中，需要計算機的大力支持，在不同工況下，地源熱泵的運行效率更高，運行過程更安全可靠。在先進技術的推動下，可有效增強遠程控制效果[2]。地源熱泵系統運行的過程中基本不受環境因素的影響，相較于普通空調系統，該類系統的穩定性更強，上述優勢也充分保障了地源熱泵系統的運行安全。

3 地源熱泵在暖通空調設計中的應用

3.1 地埋管道+熱泵機組在暖通空調設計中的應用

系統運行過程中，地埋管道+熱泵機組的方式尤為常見，這也是現階段最簡單便捷的組合方式。在系統設計的過程中，應結合地理埋管的具體位置采用不同長度的管線，依據單位長度熱量及冷卻負荷，明確鉆孔開槽的間距。科學計算豎直埋管長度的換熱量及最大取熱負荷，以此明確開槽所占的面積。做好上述工作后，便可以計算結果為依據科學選擇熱泵機房中的熱泵機組規格型號、數量、配套的各類裝置等[3]。做好前期準備工作后，可采取有效措施不斷優化和完善熱泵機房的圖紙設計，根據實際確定機房的面積和機房內電源開關的位置。隨后，依據規范要求做好安裝圖紙及布線圖紙的設計工作，全方位滿足工程建設的總體要求。

3.2 地埋管道+熱回收機組在暖通空調設計中的應用

如日常運行中排熱量系數高于一個單位，則需要在設計的過程中采用地埋管道+熱回收機組組合。我國北方氣候的季節性差異較為明顯，冬季溫度較低，此時對熱量也提出較高的需求。夏季地表溫度較高，在暖通空調設計中需要合理利用不同季節氣候的特點合理優化設計方案，一方面滿足冬季人們對熱水的需求，另一方面有效減少資源消耗[4]。夏季時，可充分利用熱回收式熱泵機組，基于地埋管向巖土釋放部分熱量，同時經熱回收機組加熱熱水后，熱水可直接應用于居民的日常生活，全面滿足人們日常生活的需求。冬季時可向巖土取熱，維持土壤熱量平衡。整個系統運行過程中，夏季時巖土回收建筑物中的熱量，并以此為制冷源，在制冷的過程中僅需消耗總熱量的20%左右，節能效果十分明顯，并且操作人員可對該過程自由把控。

3.3 地埋管與熱泵機+冷卻塔在暖通空調設計中的應用

在南方地區，建筑負荷一般具有夏季冷負荷大于冬季熱負荷的特點。夏季對室溫提出了較高的要求，且冬季也有很多需要嚴格控制溫度的場景，這種系統可將夏季收集到的多余熱量直接輸至冷卻塔，在冷卻塔的作用下達到降溫的目的。該系統地埋管與冷卻塔有串聯和并聯兩種方式，主要目的都是解決由于建筑物冬季熱負荷和夏季冷負荷差距過大，出于經濟性和合理性的考慮，地埋管所能承擔的負荷為夏季部分負荷或冬季全部熱負荷，也就是說系統在夏季運行時，地埋管容量不夠的問題。同時，該系統也可解決土壤熱平衡的問題，減少外部因素的影響。

北方地區秋季后的風力較大，在儲存風力資源的過程中，也可為冷卻系統提供充足的動力，可將風能轉化為機械能。基于能量守恒定律，風能可持續做功，也可連續供給能量，故而這一過程也發揮著十分重要的作用。該組合形式在暖通空調設計中也受到了人們的廣泛關注。諸多大型廠商均采用地埋管與熱泵機+冷卻塔的組合方式。在日后的建設和發展中，需要采取有效措施積極拓寬市場，全方位滿足人們日益增長的需求。

4 地源熱泵應用中應當注意的問題

4.1 設計中始終堅持因地制宜的原則

在暖通空調系統中應用地源熱泵具有十分明顯的優勢，但是在地源熱泵應用中，也會受客觀因素的制約。在暖通空調設計中應用地源熱泵時，必須始終堅持因地制宜的原則。夏季若大地存儲能量存在明顯的不足，無法全方位順應建筑物冬季的供暖要求，對此，在系統設計的過程中，就應結合實際增設制熱裝置，維持熱能的供應。如大地冬季存儲的能量不能全方位滿足夏季的制冷要求，則可根據實際在系統中增設制冷系統，順應居民對暖通空調系統的運行要求[5]。

4.2 合理選擇機組

現階段，市場上出現了多種新型機組，但管控工作并未跟上市場發展的腳步，無法滿足管理的要求。在地源熱泵運行的過程中，需要嚴格把控能效比和性能系數。此外，不同生產企業生產和制造的機組在能效比和機組性能方面均存在明顯的差異。對此，工作人員在前期設計中需要依據相關規范要求，選擇最佳的工作參數。

4.3 加大控制系統的管控力度

統計顯示，地源熱泵控制系統主要分為三大類：①熱泵機組自動控制系統；②水池控制系統；③井群控制系統。熱泵機組自動控制系統運行的過程中，可借助自動化裝置完成制冷和制熱工作，而且系統運行中無須工作人員操作和控制系統。水池控制系統運行的過程中，要求人員依據水位數值做好各項工作，待相關參數滿足規定要求后，方可規劃、組織、開展下一步的工作內容。井群控制系統運行的過程中，需采取分組管理模式，有效監督和管理其他控制系統，充分展現系統的作用和價值，進而全方位改機系統運行質量。

5 結束語

通過本文的分析可以獲知，當前，暖通空調系統設計的質量對室內環境的舒適度產生了十分顯著的影響。當前，社會經濟快速發展，暖通空調系統在建筑工程中也得以廣泛應用，空調成為人們日常生活中不可或缺的重要設備，能夠為群眾營造更加舒適的生活環境，將地源熱泵系統應用在建筑暖通空調系統當中，能夠切實改善系統的功能，有效減少系統運行中的能源消耗，符合環保型城市建設要求。