地源热泵在暖通空调设计中的应用

地源热泵在暖通空调设计中的应用

张勇

关键词：地源热泵；暖通空调；设计；应用

引言

地源热泵空调系统是一种将地下浅层热能应用到空调制冷与供暖之中的技术，对节约社会资源、保护生态环境有重大的意义。在地源热泵空调系统应用到实际工程的过程中，存在一定的问题，为了促进地源热泵在我国的健康发展，国家和企业需要采取措施，促使相关技术人员在配合国家政策的大力支持下不断解决地源热泵空调系统在不同地区的适用性问题。

1地源热泵特点

1.1清洁性

地源热泵的运行主要通过电力资源，其系统在运行状态中，热量来自土壤，无燃烧与放热等过程，因此极大的减少了对大环境造成的污染。另外，在科学技术的支持下，系统无需配置冷却塔或外挂机等设备，对周边环境不造成影响。

1.2能效性

根据现阶段的技术发展状态，特泵系统的运行对能源的利用总率较高，如冬季的极寒天气下，其可将建筑室内温度控制在15~23℃范围内，明显比常规的烧炭地暖系统高。在其供热过程里，可极大的提升热泵的实际蒸发温度，提升了系统整体效能比。

1.3经济性

相比与普通空调系统，地源系统中的冷却装置温度冷凝效果更好，比传统的冷却塔、风冷式等系统制冷效果更佳。根据研究资料显示，在地源系统里，空调制冷与供热的实际运行平均减少40%的资金耗费，与传统烧煤、锅炉、电能供热系统相比，其运行主要依赖电力能量，有着极强的经济优势。

1.4可靠性

地源系统的运行，基本上依赖计算机设备的控制与管理，有效规避了人工管理所造成的事物，保证了系统运行的稳定性。管理者可通过计算机终端进行系统的远程操作，能够实现良好的系统调节与控制。另外，系统与土壤的密切联系，使其在任何极端天气下，也能够保证温度供应的稳定性效果，与传统空调系统相比，其稳定性能更优。

2地源热泵特性与种类

2.1大地耦合热泵

大地耦合热泵也可称为土壤热量交换热泵，其利用地表的浅层土质资源作为热量来源，并将耦合地热交换设备水平埋设至土壤地沟中，或利用U型管，将其放置在井下，并与暖通系统的水环路相衔接。这种能源交换形式与传统的暖通系统设计模式相比，其优势主要体现在以下几个方面：1、地下土层中温度系统波动相对比较小，并对地表温度产生的变化有着衰减和延迟的效果，更加适用于热泵能量来源，有效的保证了系统运行的稳定性和高效性。2、将土壤作为系统热源，无需安装锅炉、冷却塔等额外的装置，减少了对环境的影响。3、可与太阳能相关装置共同使用，利用土壤进行放热与蓄热，更加体现了经济性效果。在其实际的设计和应用过程中，首先应当做好土壤换热装置类别的科学选择，埋管的具体形式有水平、垂直两种，目前使用的埋管形式为垂直型，设计人员可根究建筑类别和暖通系统设计情况进行自主选择。另外，在对地下换热装置进行选择时，由于管道需埋设与地下土层中，为保证其运行的高度稳定性，应当注重管道材质的选择，保证其具备高度的化学稳定性和耐腐蚀性能，保证其在土壤中保持一定韧性和强度，可选择高密PE管材进行建设。

2.2地下水热泵

这一系统指的是把地下水源接入到热泵机组系统中，并利用地下水源本身的水文恒定特性，实现温度能量的交换。这一热泵交换形式有着较大优势，其占地面积较小，且如果设计合理，无需进行后期维护，有效减少了系统维护的费用，另外，其设计技术目前已经发展成熟，施工工序较为简便。值得注意的是，在地下水抽取完成后，需做好水源回灌工作，避免对区域内环境和水源系统造成不良影响。除此之外，在土层中埋设水源传输的管道，有可能导致局部管道的腐蚀、损坏等情况，因此此项技术一般用于暖通系统的辅助性项目间建设。

2.3地表水热泵

地表水热泵与地下水热泵有着诸多的相似性特点，但是不同的是，地表水热泵主要是由潜在水面以下的塑料管道为主要的构成部分，这些管道在相识在主要表现出联膜以及多重性的特点，在地表水热泵运行中形成的地下水热交换系统能够代替土壤热交换系统。在进行暖通空调系统设计过程中，采用地表水热泵必须要将建筑物与管道进行有效的连接，从而才能一定程度上保障地表水热泵能够在稳定的状态下运行。除此之外，在地表水热泵的应用过程中，必须要对该区域内的周围环境条件进行充分的考虑，对相关的设备以及管道进行必须的防潮以及防冻处理，降低气候因素对其的破坏以及影响。

3地热泵源在暖通空调设计中的运用

3.1地理管道和热泵机组结合

设计过程中依据地理埋管路位置的不同采用不同长度的管路，对于水平埋管单位长度的热量和冷却负荷的不同，可以确定钻孔开槽的间距。对于竖直埋管单位长度的换热量和最大取热负荷计算开槽的占地面积。完成上述实际操作后就可以依据计算结果选择热泵机房中热泵机组的规格型号，使用台数、配套水泵、分集水器、定压装置、水处理装置等，确定前期准备工作后就可以进行热泵机房实际图纸的设计工作。最后，进行安装图纸和实际布线图纸的设计工作，以满足实际工作需要。

3.2地理管道和热回收机组结合

地理管道和热回收机组结合对于工程实际工作中排热量系数大于一个单位的工程项目中，就可以采用地理管道和热回收机组结合的方式进行设计，由于我国北方气候比较分明，冬季温度十分寒冷对于热量的需求比较多，而到了夏天地表温度又十分炎热。因此，在暖通空调的设计中就可以利用气候变化的这个鲜明的优势进行设计，同时还可以满足人们冬天对于热水的需求量的要求。夏季到来的时候，可以采用热回收式热泵机组通过地埋管向岩土排出一部分热量，热水被回收机组加热后进入实际生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的时候，可以向岩土体取热，进而达到热量的平衡机制，岩土体可以将夏季回收的热量全部用来制冷也可以只用热量的百分之二十，这个过程完全可以由操作人员自由控制。

3.3地理管与热泵机和冷却塔结合

夏季对室温要求较高，同时冬季对室温要求也很高的场景，可以采用不将夏季收集的热量源排出到岩土体中，而是将热量直接输送到冷却塔。通过冷却塔可以将热量进行冷却，之后可以直接使用，就可以避免在经过一个冬季才能投入使用的进而产生了热量流失的弊端。而且可以充分地保证排热量系数保持在一个单位左右不受影响。北方到了秋季后风力就相对充足，通过储存的风力也可以保证冷却塔的动力源得到保证，风力可以将风能转换为机械能，根据能量守恒的原则，就可以积极的做功，保证动能得到源源不断的供给过程。可见这一过程是十分有利的。

结束语

综上所述，目前，地源热泵在暖通空调设计中的运用已逐渐频繁，其污染小、寿命长、节省空间、节省资源等优点是地源热泵技术发展的重大优势。同时地源热泵的维护也较为简单，维护费用也较低，在保护环境和经济效益上有显著的效果，因此，将地源热泵运用到暖通空调的设计中，不仅能够有效地减少能源开发和浪费，也可以给人类提高理想的生活环境。

参考文献：

[1]黄红卫.探究暖通空调节能中地源热泵技术的应用[J].建材与装饰.2016（28）

[2]吕晓腾.地源热泵在暖通空调设计中的应用[J].工程技术研究.2016（07）

[3]吕文刚.地源热泵技术在建筑工程暖通领域当中得到的应用[J].城市建设理论研究（电子版）.2017（08）