地源熱泵在暖通空調設計中的應用

蘭彩彬

摘?要：隨著科學技術高速發展，人們生活水平日漸提高，對室內裝修要求愈發嚴格。暖通空調是室內設計重要環節之一，高效、可靠應用地源熱泵系統可有效節省成本支出，而且擁有良好的環保節能成效，與我國倡導綠色理念相吻合，提高建筑暖通空調設計水平。基于此，本文闡述地源熱泵實際應用中特征，分析其實際應用于暖通空調設計中，后續相關設計提供參考。

關鍵詞：地源熱泵;暖通空調設計;應用

城市化進程不斷較快，促進建筑行業高速發展，人們對建筑內部空間提出新的要求，暖通空調系統應用十分凸顯。但由于大面積空調機應用，不僅對自然環境造成破壞，而且需耗損大量能源，可持續發展導向下，對暖通空調進行合理布設，實現綠色、節能環保目標十分關鍵。應用地源熱泵可滿足建筑基本功能同時，達成節能減排目標，需設計人員高度加以重視，綜合性考量各方面因素。

一、地源熱泵特征優勢分析

地源熱泵基本原理主要是，最大限度應用地熱資源，實現供熱及制冷雙重目標。譬如，冬季室外溫度為-10oC、夏季溫度高達40oC，地下土壤內部溫度長期固定于14oC，充分應用其溫差降低能源耗損量，冬季將地能中熱量獲取，適當升溫之后用于室內采暖，可節省能源高達40%;夏季將室內熱能輸送至地能中，可節省能量約為60%。與傳統暖通空調系統相較，地源熱泵核心熱能源于地下，不僅可降低能源耗損，而且對環境保護成效具有積極作用。地源熱泵特征主要展示在以下幾方面：

（1）地源熱泵具備一定清潔性。電力為電源熱泵運行做以可靠保證，電力應用于地源熱泵中，主要熱能源于大地，所以應用整合環節并不存在一定的反應，不會出現燃燒等現象，不會對環境造成嚴重污染。此外，選取應用較為成熟的地源熱泵，其整個系統正式運行過程中，無需配置相應的冷卻裝置，所以最終將內部熱能排放過程中，會環境造成一定影響[1]。

（2）地源熱泵具有一定能效性。分析現下地源熱泵應用現狀，其正式使用過程中，大幅度提高對各項資源應用率。譬如，冬季整個氣溫較低，應用地源熱泵可保證將其溫度予以控制，一般處于12-22oC，高于常規溫度。地源熱泵實際供熱過程中，可進一步提高其蒸發溫度，有助于保證該系統使用能效。

（3）地源熱泵經濟性。地源熱泵實際制冷時，由于其冷凝實際溫度較低，與原有暖通空調相較，具備良好的制冷效果。根據現下調研數據顯示，暖通空調中應用地源熱泵系統，其制冷及供熱費用支出可降低1/3，。此外，與原有鍋爐供熱系統相較，地源熱泵在運行過程中可依托電能支持，但整體能源耗損量較低，經濟性能優勢十分凸顯。

（4）地源熱泵可靠性。地源熱泵實際運行中，系統整體依附于計算機進行管控，可保證該系統運行精準性及可靠性。同時，操作人員可通過監控設施，對該系統進行全生命周期管控，

進一步了解整個系統運行中存在問題，有目的性采取相應的措施，提高地源熱泵應用可靠性及安全性。

（5）地源熱泵具有穩定性。地源熱泵正式運行時，不受環境、溫度等因素限制，其自身溫度可始終處于良好狀態，將其溫度控制在10-25oC內，供熱及制冷系統也可保證在3.5-4.5內，與傳統中央空調系統相較，地源熱泵系統自身穩定性更優良。

二、地源熱泵在暖通空調設計中應用分析

1、大地耦合熱泵

大地耦合熱泵基本應用原理為，以淺層地表土壤為核心熱源，持續性為其提供驅動力，最大限度應用耦合交換地熱器特征優勢，將其以水平形式放置于地溝中，并將其與周圍水環路體系進行銜接。與傳統熱泵相較，大地耦合熱泵優勢特征體現在以下幾方面：第一，地下土壤溫度產生動態化波動較小，且地表內空氣波動存在一定延緩性作用，有助于實現熱源，保證大地耦合器處于穩定狀況下。第二，將土壤作為核心熱源介質，無需增設相應的鍋爐和冷卻塔，可避免此類裝置增設帶來環境污染問題，在土壤放熱及存儲熱作用下，進而呈現更加的供熱、制冷成效。應用大地耦合熱泵過程中，需按照實際狀況，遵循因地制宜的原則，選取土壤轉換器，現下常用大地耦合熱泵分析，主要包含兩種類型，即水平型、垂直型，其中垂直型使用頻次更高。此外，由于換熱管材長期埋設于地下，所以應基于系統運行穩定性及可靠性出發，選取管材自身耐腐蝕性和化學性能優良，且具有一定強度和韌度管材[2]。

2、地下水熱泵

地下水熱泵系統核心原理為，充分應用地下水將其作為熱泵系統介質，持續性為其提供運行支持，發乎深井水溫穩定優勢，最終達成熱量成功交換目的。地下水熱泵應用價值為，其自身整個不會占據較大面積，以及正常運行過程中出現異常狀況較少，可節省一定的維護成本費用，施工工藝較為簡易。地下水熱泵應用過程中，將地下水抽取之后，需進行相應的回灌工作，以免對周圍環境造成一定干擾。

3、地表水熱泵

地表水熱泵與地下水熱泵存在較多相似點，其核心異同點是地表水熱泵是由潛在水面以下塑料管道，作為系統核心構成，此類管道相似點體現在聯膜及多重性特征，地表水熱泵是運營過程中，形成完整的地下水熱交換系統，可將原有土壤熱交換系統予以替代。設計暖通空調過程中，選取地表水熱泵需保證建筑物和管道進行有效銜接，進而一定程度保障地表水熱泵，處于穩定條件下進行運轉。此外，地表水熱泵實際應用過程中，需綜合性考量區域內環境條件，對相關設備及管理做好防潮、防凍處理保護，減少氣候因素對其造成的不利影響。

三、實踐項目案例分析

1、項目概況

某工程內部包含面積較大，總建筑面積為總建筑面積6917㎡，內部包含辦公樓、公寓、消防中心、餐廳等模塊，主要工作內容是室外埋設管熱交換系統埋設工作、機房及地源熱泵機組安裝、部分空調末端安裝。夏季空調末端主要供給7/12oC循環水，促使各室內溫度始終控制在24±2℃，最低溫度可達到18oC，冬季為空調末端提供45/40oC循環熱水，促使各室內溫度控制在18±2℃，最高可達到26oC，其設計實現成效應在合同中體現。

2、系統方案設計和運行費用比較分析

嚴格依照我國相關出臺規范、標準進行設計，按照建筑特性，冷負荷指標為100W/m2，負荷為691.7KW，熱負荷指標為80W/m2，總體熱負荷為553.36KW。夏季總冷負荷為691.7KW，則夏季向土壤排放熱量約為830.04KW;冬季總熱負荷為553.36KW，則冬季從土壤吸收總熱量為442.6KW。按照土壤換熱系統構成分析，地下U型管作為熱泵機組核心熱源，依托其實現熱量交換，其換熱器主要選取為PE100材料制作形成，以此延長其系統使用年限。按照其施工地區內地質條件，最終設計建造能源井為82口，以其能源井深度、數量為實際換熱取值，最終保證換熱器管路長度為19680m，地下換熱器在地下1.5-3米內由水平管完成銜接至機房，確保對小區道路不會造成干擾。選取上述工藝方式，可保證換熱器管理中循環介質保證均勻流動，達成熱量均衡交換目標，地下換熱管系統選取同程管路設計。同時，在整個換熱系統中增設相應的調節閥，以此實現液體流動。該項目機組按照每年夏季運行120天，每天運行8小時，冬季適當延長2小時，最終夏季產生的總費用為6367.34元，日均為0.0768元/平米天;冬季總體費用為68448.84元，日均費用為0.00825元/平米天。最終運行受環境干擾小，運行費用較低，并不冷卻塔，對建筑整體外觀不造成影響，不會產生噪聲，具有環保節能成效，使用年限高達20年左右。

結束語

城市化進程加快，助力建筑產業高速發展，暖通空調設計作為核心構成，設計合理性及科學性，對室內環境造成一定干擾、設計人員需對其高度重視，應用地源熱泵系統，可獲取良好應用成效，一定程度保證暖通空調系統穩定狀態下運行，促進建筑行業良好發展。

參考文獻

[1]鄭仁良，吳海東，胡純杭.機電安裝工程暖通空調中的地源熱泵技術應用分析[J].建筑技術研究，2019，2（1）：82-83.

[2]陳萬利.太陽能-地源熱泵聯合空調技術在工程中的應用[J].住宅與房地產，2020，584（23）：110-114.