地源熱泵在暖通空調設計中的應用分析

矯東柯

河北建筑工程學院 河北 張家口 075000

目前，為了實現節能減排目標，需要不斷優化暖通空調設計。深入的研究地源熱泵，實施科學的設計措施，能夠促使地源熱泵在具體的應用中收到很好的成效。所以，本文對暖通空調設計中的地源熱泵的實踐進行深入的研究，可以促使暖通空調的設計效果變得更加的明顯。

1 地源熱泵系統概述

所謂的地源熱泵技術實際上就是指將地熱作為熱泵裝置成熱能，進而達到制冷和制暖的功效。此項技術在運作的過程中遵循的基本原理是利用少許的能源，促使低溫位的熱源可以進一步轉化為高溫位的熱源，冬季的時候，地埋管換熱器抽出來其中的熱量，利用熱泵機組、用戶側環路向用戶側輸送熱量，如此就能夠進行供暖了；夏季來臨的時候，制冷時，地埋管換熱環路會輸送用戶側的熱量到地下。

2 地源熱泵系統的主要特征

2.1 清潔性

在具體的運行環節，地源熱泵系統借助電能作用，把地下或者地表儲存的熱量進一步轉化成為暖通空調系統運行過程中需要運用到的能源，在此環節中，由于不用燃燒能源，且不需要進行放熱，所以不會給周圍的環境帶來嚴重的污染，除此之外，運用地源熱泵技術就用不上空調外掛機，不用排熱，該技術具備很強的清潔效果。

2.2 能效性

隨著地源熱泵技術的日益進步，目前體系比較健全，就暖通空調系統來說，其能夠使得能源的利用效率得到顯著的提升。比如，在冬季比較寒冷的時候，采用地源熱泵技術，能夠促使室內的溫度保持在十二度到二十二攝氏度，和原來的熱量相比較來說要多一些。而且在供熱的環節中，系統中的能源可以得到有效的利用，能夠起到節約能源的作用。

2.3 穩定性

在暖通空調系統中運用地源熱泵技術，可以減少暖通空調系統受到外界的影響，不斷使得室內的環境變得更加的舒適，同時還能使得能源的消耗得到大幅度的降低。依據有關數據統計，應用地源熱泵技術之后，可以使得建筑的內部溫度保持在十攝氏度到二十五攝氏度之間，制冷系統以及供熱系統也能夠維持在3.5到4.5之間，和傳統的暖通空調系統相比較來說，更加的穩定一些。

3 地源熱泵在暖通空調設計中的運用

將地熱泵源技術應用到暖通空調系統中，可以使得暖通空調的外觀看起來更加的美觀，且設計的性能也有明顯的提升。在暖通空調系統中，應用地源熱泵包含下面幾種方式。

3.1 地埋管道與熱泵機的組合

將熱泵機和地埋管道相互組合，這種方法相對來說比較簡便，設計人員在設計時會和地埋埋管的實際位置相互結合，且嚴格按照冷卻和熱量負荷標準，科學的設置鉆孔之間的距離以及管道的實際長度，在計算開槽占地面積的時候，采用豎直埋管長度換熱量與最大熱負荷值進行計算。在設計時，需要慎重的思考熱泵機房中的電源的開關位置，這么做的目的是為了今后更好的管控設備，促使施工作業能夠順利的開展。

3.2 地埋管道與熱泵機和冷卻塔的結合

這種方式在我國的南方地區運用的比較廣泛，因為南方地區內夏季和冬季的溫度變化沒有北方那么明顯，不用將夏季生成的熱能儲存起來，所以可以借助地埋管道，把冷卻塔和熱泵機相互組合在一起，促使熱量能夠得到合理的轉化。目前，在暖通空調設計中運用這種組合方式得到了深度的推廣。

4 案例分析

4.1 項目概述

本項目占地面積53672m2，總建筑面積15.3萬m2。地下2層，A樓寫字地上9層、B樓寫字樓地上7層、C樓酒店地上10層。

4.2 負荷計算

基于《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012，最終確定了地區各項有關的室外參數，與此同時，明確了室內設計參數，在此基礎上，完成了全年負荷計算。

上述兩類檢查方法對腸壁增厚的檢出率無明顯差異，P＞0.05。值得說明的是，確診組開展B超檢查時，發現腹腔積液12例，腸道蠕動消失18例，腸蠕動速度減慢32例。疑似組腸道蠕動減慢24例，腸道蠕動消失10例，腹腔積液16例。

4.3 熱平衡計算及分析

（1）熱平衡計算

關于系統的熱平衡狀況無法僅依靠負荷進行分析，必須通過對地埋管冬季從土壤中吸收的熱量，以及其夏季向土壤放出的熱量進行準確計算才能得出熱平衡狀況。

夏季向土壤放熱量：

冬季從土壤吸熱量：

式中：Q放為夏季空調冷負荷；EER冷為夏季熱泵機組能效比，本項目取6.0；Q輸送為循環水在輸送中夏季得到熱量或冬季市區熱量值；Q水泵指水泵釋放熱量；Q熱指冬季空調熱負荷；COP熱指冬季熱泵機組能效比，本項目取4.8。

（2）工況分析

出于節約能源的考慮，當季節處于過渡階段時，最好不要開啟空調用地源熱泵機組，與此同時，注意進行好機械通風就可以了。具體而言，地源熱泵機組使用工況分為冬夏兩季：夏季為制冷，以5-9月為主；冬季為制熱，集中在當年12月-次年2月。寫字樓每一天的使用時間是，早8點到晚6點，總計為十個小時；酒店則為全天，即0點至24點。基于此，可以獲得酒店每一個季度的耗冷量以及耗熱量，即2393629kWh耗冷量，以及1380693kWh耗熱量；寫字樓方面，即2615723kWh耗冷量，以及805763kWh耗熱量。事實是，寫字樓之所以無法維持平衡，根源在于寫字樓不需要提供生活熱水。酒店的平衡情況則取決于生活熱水使用情況，通常而言，客源多的情況下酒店的生活熱水使用量就會增加，那么，就會從土壤中吸收很多熱量，如果情況相反，即客源少的話，就只能從土壤中吸收很少的熱量。需要說明的是，生活熱水的使用量以每日7小時的使用時長為準。由此，可基于（1）（2）式子對地源熱泵系統在冬夏兩季的吸熱量以及放熱量進行計算，結果顯示兩個季節的吸放熱情況存在顯著的不平衡率，即52.0%（生活熱水使用7小時工況）。

（3）熱平衡分析

基于《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》可知，其中的第8.3.4條4款明確到，冬、夏季時，當地源熱泵系統向土壤放、吸熱比值以0.8為最低限，以1.25為最高限。

如果酒店與寫字樓向土壤吸、放熱量維持較長時間段的話，那么，就會導致土壤的熱不平衡率達到較高水平，期間，生活熱水的使用時長會對其產生影響。一般情況下，生活熱水使用時間愈久，那么，土壤就離熱平衡愈近，如若情況相反，則土壤離熱平衡率愈遠。假使長期處于這個工況下，就一定會造成放熱量比吸熱量要大，由此，每一年的土壤熱堆積都會高過上年，同時還會導致地源側出水溫度一年比一年熱，如此一來，就必須果斷選擇適當的途徑調整土壤溫度。

5 地源熱泵應用的注意事項

5.1 檢測地下巖土熱物性參數

在設計地源熱泵土壤換熱器的過程中，應該高度重視檢測并分析地下巖土熱物性參數的工作，需要對地下巖土熱物性參數進行全方位的檢查，必須達到正確性，從而杜絕浪費現象。不但要詳細的分析鉆孔取樣，還需要根據已經掌握到的準確的資料對導熱的系數范圍進行確立。為使得設計更加的可靠，應該借助于先進的井口測試設備，按照一定的工藝確保這些獨立的單孔換熱器可以在恒流和恒溫熱源系統中實現順利連接，這個過程中，應該認真記錄下來運行的時間、進出的水溫等等。

5.2 借助外部措施提高換熱能力

倘若暖通空調系統不具備放置地下換熱器的地方，則需要采取一些外部的措施，促使暖通空調系統的能力能夠有所提升。倘若地下換熱器的效能可以達到冬季的供熱需求，但是卻沒有達到夏季的制冷要求時，這個時候可以將冷卻塔裝置在系統中。倘若系統中的冷熱負荷比較大，則能夠使用地下埋管加冷卻塔方式，不但可以使得系統的基本需求得到最大程度的滿足，還可以極大的節約了工程造價。

5.3 結合實際情況合理選擇設備機組

科學進步促使機組的種類也越來越多，市場里充斥著各類機組，其中不乏個別質量有問題的機組，從而造成了地源熱泵的使用受阻情況。鑒于這種情況，設計人員在開展工作的時候，應該和暖通空調系統的要求相結合，合理的、科學的選擇地源熱泵所需的機組，如此才能保證系統能夠實現正常的運營。

5.4 合理管控地源熱泵控制系統

就地源熱泵的控制系統來說，總計有三種。第一種，自動控制系統方面，一般采用的是自動化裝置，不用人為操作就能夠完成。第二種，水池的控制系統。在具體調控這種系統的時候，通常來說，自身的水位數值就是其依據的相關標準，有關的數值與要求相符的時候，再展開下步的工作。第三種，井群控制系統。科學的監督和管理各個系統的運行狀況，促使系統的功效能夠最大程度的發揮出來，使得暖通空調系統的運行效果變得更加的明顯，進而使得節能降耗的目標得以實現。

6 結語

在暖通空調系統中應用地源熱泵技術，可以確保土壤內的熱量實現最大化的應用。進入夏季階段，可以把大量建筑物中的熱量轉到地下；進入冬季階段，之前存儲于土壤中的熱量可以順利的轉到建筑物中。如此一來，即能夠發揮暖通空調的基本功能，同時，還能夠響應我國的環保政策。今后，在設計暖通空調時，對于分析和研究這項技術要格外的重視，能夠真正意識到這項技術對于人們的生活水平產生的作用，促使有關實施措施充滿科學性。