暖通空调设计中地源热泵的应用研究

暖通空调设计中地源热泵的应用研究

徐创丽

广东申菱环境系统股份有限公司 528325

摘要：现阶段随着我国社会经济跨越式发展，人们的物质生活水平直线上升，人们越来越关注居住环境，建筑工程行业为了满足人们的实际需求，需要在施工中使用新的技术和工艺，在实际施工中越来越广泛的使用暖通空调。暖通空调包括了采暖、通风、调节空气等功能，和以往使用的空调系统相对比，具有诸多的优点（成本低、节能、减排、使用空间小等）。

关键词：暖通空调；地源热泵；工作原理；特点；流程

地源热泵是一种利用冷热源（土壤所储藏太阳能资源）转换能量的空调系统，具有供暖、制冷的作用，利用的是一种可再生的、清洁的能源。作为一个巨大的集热器（太阳能）的地表土壤和水体能够把太阳辐射能量（47%）收集起来，是每年人类利用的500倍以上；同时这也是一个平衡系统（动态能量），土壤（地表）和水体能够平衡的接受和发散能量，而地源热泵技术的出现和完善，能够实现充分利用储存在土壤和水体中的无限太阳能和地能。

一、地源热泵工作原理

将热交换器（空调系统）埋入地下是空调系统（地埋管地源热泵暖通）的最大特点，载体是在塑料管环路（高强度、高密封性）中持续、循环流动的水源，从而实现冷热交换（暖通空调与大地土壤之间）。地埋管地源热泵机组在夏季把热能（建筑物吸收）转移到地下进行存储，从而降低建筑物的温度；地埋管地缘热泵系统在冬季把热能（在夏季地下土壤所储存）转移到建筑物内，同时把冷量（建筑物内）转移到地下储存，从而提高建筑物的温度。热泵是利用自然现象（热量从高温流向低温）的原理设计的一种提升热量装置，能够挖掘能量（环境介质存储），热泵装置具有节能特点，是因为其仅消耗供热量（1/3）的功。压缩机是利用热力学第二定律设计的，能够补偿热泵消耗的功，使循环工质从低温环境中不断吸热，并把热转移到高温环境。和传统蒸汽压缩制冷相比地源热泵没有庞大的冷凝设备^[1]。

二、地源热泵特点

（一）清洁性

电力是持续应用地源热泵系统的主要载体。应用地源热泵系统以后，不会出现传统的燃烧现象，这样地源热泵系统就不会严重影响到周边环境。另外地源热泵系统利用现代技术，省却了冷却塔装置和外挂机设备，在排放热能的过程中不会影响到周边环境。

（二）经济性

冷却系统（地源热泵系统）具有较低的冷凝温度，和传统的风冷式、冷却塔式制冷系统相比具有更好的冷却效果，这样在一定程度稳定提升了运行机组的效率。运行供热、制冷空调（地源热泵系统）的费用仅是传统空调系统的60%左右。最主要的一点是地源热泵系统和传统锅炉、电能、燃料供热系统相比，能够最大程度的节约电能资源。具有较高的经济性。

（三）能效性

运行机组（地源热泵系统）在现代技术的支持下，能够应用在土壤和水体中，在冬季低温情况下能够把建筑物温度维持在12-22℃之间，这个温度明显比环境空气（常规状态）的温度要高。在运动过程中能够对蒸发温度（高热泵循环状态下）的显著提升，因此，地源热泵系统具有较高的能效性。

（四）可靠性

控制系统（地源热泵系统）全部由计算机终端控制，这样能够提高多种运行环境下稳定的、可靠的运行系统。另外，控制系统（地源热泵系统）的工作人员可以利用电话等对系统进行遥控，根据运行的实际情况，对系统（地源热泵）低温温湿度进行调节控制、配送新风^[2]。

（五）稳定性

系统（地源热泵）利用现代化技术，能够在各种环境中把热源温度全年控制在10-25℃之间，具有很好的稳定性。制冷和制热系数（地源热泵系统）能够稳定的维持在3.5-4.4之间，和以往所使用的中英空调系统相对比，具有更高的稳定性。

三、设计流程

（一）勘查建筑工程施工现场

建筑工程施工现场的勘察要从多个方面（建筑结构、使用地表面积、地下废弃设施、市政管道位置、公用设施、地形等）进行。另外还需要对建筑项目工程所处区域的水文地质进行勘查，要对土质（靠近地表处）进行全面的了解，如果使用地热交换器（垂直式）需要钻勘探孔。由于多种因素都会影响到换热性能（土壤换热器），因此需要对热物性参数（地下岩土）进行检测，从而确定影响换热性能的多项指标（钻孔深度、埋管方式、回填工艺等）。为了提高检测结果的准确性，需要制造一个测试井口的设备，把一个单独的单孔换热器和循环热源环境（恒温、恒流）相连，对换热器的参数（运行时间、进出水温度、流量等）进行测量，然后把换热量（每延米管长、孔深）准确的推算出来。

（二）计算负荷量（建筑物冷热）、选择热泵机组

设计的初始阶段对冷热负荷的估算可以使用负荷指标，设计施工图阶段可以全面计算负荷量，这个时候需要详细的计算多种指标（人体散热量、各种照明设备及建筑内其他设备的发热量、建筑空间结构、环境温湿度、新风所需热量等），最后根据负荷的实际情况选择适合的专用地源热泵机组，在对水源热泵机组（标准型）进行选择的时候要充分考虑到修正系统

^[3]。

（三）设计土壤换热器（地源热泵）

对于暖通空调系统（地源热泵）来说一个最重要的核心环节是设计土壤换热器。首先要确定换热量（换热器）。要结合热泵机组所能够接受的进液温度（最低与、最高）来确定地埋管长度（热交换器），一般来说，温度只会达到最高、最低限制值，增加地埋管长度能够把机组允许值（最高温度）降低、把允许值（最低温度）提高。地埋管管材（换热器）常见的有PE管，管径必须能够满足泵最小输送功率，管道内要有紊流，这样才能更好的传递热量（循环液体与管内壁之间）；U形管是管道的首选，能够对埋管结构数量有效减少。要对工程换热器的换热量进行准确的分析才能确定管材壁厚度，大多数情况下，在确保工程质量的基础上如果工程所需换热量较小可以使用薄壁管来提高换热效果；如果孔深<100mm， 管材壁厚选择2.3mm；如果孔深>300mm，管材壁厚选择3.0mm。钻孔数量及深度的确定需要结合可使用面积（建筑物周围）、使用空调的要求、土壤结果、钻孔设备等，如果空调系统单一运行可以设计浅孔方案，这样不仅成本较低，还能够对埋管周围地表浅层温度平衡速度有效提升；在条件容许情况下，要采用深孔埋管（埋管深度>100m）的方式降低浅层埋管土壤温度大幅度波动。

结束语：

暖风空调系统（地源热泵）不仅具有传统空调系统的基本功能（制冷、制热），还能取代锅炉系统把热水提供给居民，具有一机多用的优势。另外，暖风空调系统（地源热泵）还具有一个显著的优点即绿色节能，大地和水源是该系统能源的主要来源，在运行该系统的过程中不会产生废水和废渣，不仅经济效益很高，还具有十分高的生态效益。地源热泵的应用前景十分广阔，但是现阶段还不能在小规模建筑工程项目中应用，只是在大型建筑工程项目中使用。不同区域具有不同的冷热源（地源热泵），在设计的过程中不能照搬已经成功的方案，要充分调查当地的实际情况。空调系统（地源热泵）随着科技的发展会进一步发展和完善，能够造福人类。

参考文献：

[1]张梁钟.暖通空调设计中地源热泵的应用研究[J].装饰装修天地,2019,(12):107-107.

[2]毛剑雷,毛剑历.暖通空调设计中的地源热泵技术应用分析[J].建筑技术研究,2019,2(2):2-2.

[3]陈嘉亮.地源热泵在暖通空调中的应用探究[J].建筑·建材·装饰,2019,(9):154-155.

作者简历：
姓名：徐创丽  出生年月：1974年10月18日 性别：女 籍贯：广东  职务：副总经理  学历：大专   单位：广东申菱环境系统股份有限公司   研究方向：制冷、暖通、建环等