地源热泵供暖空调优化方式分析

地源热泵供暖空调优化方式分析

周雯

神华包神铁路集团有限责任公司运输服务分公司 内蒙古包头市 014060

摘 要：在暖通空调设计与应用过程中，虽然为人们营造了极其舒适的环境，但是其能耗问题却成为了需要重点关注的问题，结合相关的统计数据分析得出，在一些发达国家的建筑应用中，中央空调系统的能耗已经占据到总能耗的一半以上，这样为电力和能源造成极大的压力，并且随着废气排放量的增加，导致温室效应和酸雨的问题逐渐严重，因此不断开发节能、环保型的暖通空调已经成为各个国家需要重点关注的问题。下面本文对地源热泵供暖空调技术及其优化方式进行探究和分析，以供相关人员参考。

关键词：地源热泵；供暖空调；优化方式

前 言：

经济的快速发展所带来的最大问题就是环境污染和生态环境恶化的问题，并且对于能源消耗的情况来看，越来越多的国家已经在致力于可再生清洁能源的开发与研究。现阶段消耗建筑总能耗比例最多的就是采暖和空调系统。多数电网负荷高峰期用于空调方面的电力占据了大约三分之一，导致极限拉闸的问题逐渐严重。并且经过相关数据表示，建筑运行的能耗占据总能耗的30%，因此对于空调的节能设计已经迫在眉睫，而地源供暖已经成为目前建筑工程中供暖空调技术发展的主要方向，与传统能源相比较而言，该种形式的供暖更加清洁和节能，并且地理位置与气候对其的影响可以忽略不计，已经成为目前我国在供暖空调设计中应用最为广泛的技术。

1. 地源热泵系统简介与特点分析

目前所说的地源热泵主要是将岩体、地下水以及地表水的能量提取，结合温差来实施冷热交换，以此形成供热或者制冷的技术。这一技术诞生于1912年的瑞士，在五十年代欧洲发展成熟，在七十年代第一次能源危机之后，受到世界各国的推崇^[1]。我国在1997年与美国签订了热泵系统引进协议，并且积极鼓励我国内部发展该技术。对于我国的土地资源而言，其浅层的地能资源潜力巨大，每年土壤可采集的低温能量在百米之内就可达到1.5*1012KW，而百米内部的地下水每年可采集低温能量为2.2*108KW，土壤采集和水分采集的能量占据我国发电机装机容量的4亿KW的3750倍的一半。

2. 地源热泵技术的优势分析

2.1管理便捷、占地空间小

目前地源热泵供暖空调技术已经不再利用冷却塔、锅炉房和一些其他的室外设施，并且不利用煤场和渣场，这样可以节省很多的占地空间，而随着经济效益的不断增加，由于地源热泵的高质量能够有效的改善工程的外部形象，并且可以减少一定的维修费用，对于地源热泵的应用而言，不需要专门的人员去看守，能够节省大量的人工资本，其独立计费和分户计量的方式能够便于管理人员更加便捷的管控该系统。

2.2节能、环保

地源热泵技术的应用可以将传统供暖的锅炉代替，不会产生一些燃烧物和大量的二氧化碳，减少污染的排放，保护环境。在夏季来临期间，其可以将热量转移到地下进行制冷作业，没有将温室气体排放到空气中，这样有利于减少温室效应和热岛效应，保证全球的环境实现可持续发展的目标^[2]。

2.3运用较为安全和灵活

对于地源热泵技术中所使用的热泵机组而言，其可以被安装到任何地方，有利于空间的节省之外可以在这些节省空间的区域建立新的工程，或者实施工程的改建和扩建，同时这些改建或者扩建的项目所使用的地源热泵系统不需要煤气和储油罐的支持，保证其卫生性和安全性。

3. 地源热泵的系统类型和供暖空调技术的优化措施

3.1地源热泵的系统类型

1. 地下水源型。将地下水进行抽取，并且经过换热处理将抽取的水源再次回灌到原来的水层之中，这种系统的热效率较高，但是需要注意的是，利用该系统的前提是需要拥有足够量的地下水，并且在用水与回灌水期间不受到任何污染，如果有污染物质存在，则很容易造成严重的生态灾害。

2. 土壤源型。该类型的热泵系统主要是以岩土体为冷热源，将换热器埋藏在地下密闭的U型管，这样可以与大地进行冷热交换。这种系统适应性较广，并且保证系统运用的安全，但是工程前期投入的较大^[3]。

3. 污水源型。该形式主要是将地表的污水和中水等水体作为热源的获取源头，以此来实施冷热交换。由于城市污水与其他类型的污水相比较而言，其具有冬季高、夏季低的特点，并且又处于地表位置，因此该形式的热泵系统其热效率和设备的安装都要优于前两中形式。污水源型热泵系统的应用只要有污水即可，并且可以将其应用在一些排水量较大的浴池中，以电加热作为辅助，以此来减少锅炉产生的污染问题。

3.2地源热泵供暖空调的优化设计

案例背景为我国某高层住宅小区，其地上为18层，地下为1层，单栋减阻面积为18879m²，一共有五栋楼体，总建筑面积为94396m²。经过测量，该区域的室外冬季空调节室外干球温度为-7℃，相对湿度为60%，冬季采暖室外计算温度为-5℃；夏季室外计算的干球温度为35.6℃，夏季时代湿球温度为27.4℃，该小区的冬季采暖热负荷指标为28W/m

²，冬季空调的设计热负荷指标为31W/m²，夏季冷负荷指标为60W/m²，结合对网热损失和热泵机组的效率考虑等，机房设备需要附加20%。

经过对上述案例的分析，可以采取四种方案实施对比。

1. 方案一采取低温水底板辐射来进行供冷和供热处理。其初期投资的内容包含加热管材、构造层和施工费用。其中地板的构造成层为自下而上的形式，保温层采取20mm厚度的聚苯板，砂浆层为40mm，找平层为20mm，其上部为地面层，造价大约在30元/m²，施工费用取12元/m²。在工程实际应用的加热管材有PE-X管、PB管、PP-R管、PE-RT管以及XPAP管等，而地板的造价需要结合管材的不同来计算其中不同的差异^[4]。

2. 方案二在其末端装置需要结合风机盘管来实施供冷和供热处理，在主要的造价需要结合国产和进口两种设备差别来计算，一般国产造价大约在390万元，进口设备造价大约在565万元。

3. 方案三其末端的设置一般采取风机盘管和地板采暖结合的方式，其中地板的采暖造价与方案一相同，风机盘管的造价与方案二相同。

4. 方案四的冬季供暖的末端需采取地板的采暖系统，其初步投资与方案一相同，而夏季供冷采用的普通电空调造价大约在576万元。

经过这四种方案的计算和对比数据分析之后，可以得出以下结论。

1. 当建筑物内部采取地板供冷和供热方案，结合加热管材的价格分析，一般在170-210元/m²之间不等，采取风机盘管系统的供暖空调投资在171-189元/m²之间不等，而采取二者结合的方案要比单纯利用二者的初步投资高出35%，但是比地板采暖与分体式空调相结合的方案初投资要低10%左右。

2. 建筑物内部采取地板供冷供热年运行费最低，其与风机盘管结合其次，最高为地板与分体式空调结合方式。

3. 低温热水地板供暖的初投资较低，节能和供热舒适感较高，但是供冷时其热舒适感较差。风机盘管可同时兼顾供暖空调，、但与地板供冷暖相比冬季舒适度差，年运行费高。

结 语：

本文结合地源热泵技术的相关特点和类型进行分析，并提出四种优化方案，因此在实际应用中，应结合其具体的工程情况来选择适合的供暖空调方案，以此来保证地源热泵供暖空调的使用效果和效益。

参考文献：

[1]张利华.基于冷热负荷平衡的地源热泵机房改造措施研究[J].区域供热,2019(01):49-53.

[2]张勇华,廖小琴.地源热泵技术对提高公共建筑绿色星级的作用及案例分析[J].节能,2017,36(11):53-56.

[3]罗鹏举. 典型地源热泵空调系统的能效测试及问题分析[D].湖南大学,2017.

[4]高鹏.地源热泵在供热空调系统中的应用及经济性能分析[J].城市建设理论研究(电子版),2016(36):95-96.