简析地源热泵在暖通空调设计中的应用

简析地源热泵在暖通空调设计中的应用

赵国林

天津兆和和兴机电安装工程有限责任公司   天津市   300350

摘要：随着我国城市化的快速发展，建筑业也在迅速发展，对室内空间的需求也越来越大。然而，由于空调器的广泛应用，不但会对环境造成极大的损害，还会产生大量的能耗，因此，在可持续发展的大背景下，必须对空调系统进行合理地设计，以达到节能和环境保护的目的。采用地源热泵，既能满足建筑的要求，又能达到节能减排的目的，因而受到有关部门的关注。

关键词：暖通空调设计；热源地泵；应用分析

前言：随着人民生活水平的提高，人们对居住环境的需求日益增加。为更好地适应用户的需要，在施工中采用暖通空调是目前的发展趋势。暖通空调系统的合理配置，除了具有采暖作用外，还具有调节室内空气的作用，让居住环境更加舒适。目前，由于地源热泵系统具有较好的供热品质和较高的采暖经济性，所以被广泛用于暖通空调系统的设计。

1.地源热泵技术概论

随着我国经济的发展，地源热泵技术在国内的发展迅速，其在采暖系统中的应用前景十分广阔。根据地热能的转换方式，地源热泵技术可分为三大类型：地下水源热泵技术、地上水源热泵技术、地埋管道热泵技术。其中，地面地源热泵技术是利用河流、湖泊和海洋作为介质，与地源热泵进行冷热交换，但是，地源热泵技术只能用于建筑物附近的水源丰富地区，受到一定的限制；第二，地源热泵技术必须利用热泵和水泵从地下泵中提取的地下水进行冷热交换。

2.应用优势

2.1环保性

环境保护是当今社会的一个重大问题，采用地源热泵可以达到环境保护的要求，并且在使用过程中不会产生大量的能耗。虽然地源热泵的使用依然需要电力，但它的耗电量很低，同样的功率消耗也比传统的采暖系统要低得多，所以也不会对系统的供电产生任何的影响。而且，整个过程都是一种能量的交流，没有任何物质的变化，也没有任何化学成分的污染。

2.2高效性

根据相关资料，在地源热泵系统中，每一次能源的消耗都会增加四倍，而在更大的地方，比如工厂、仓库等，所需的能源并不多，只要有足够的能源，就能满足所有人的需求。同时，在设计时，可按季节特征进行能源的采集，夏季为热源，冬季为冬季，当有需求时，直接采用，既能迅速投产，又能大大提高工作效率。而且，地源热泵在低温下的应用，比传统的暖气要低得多，这样既能保证制冷的效率，又能保证采暖的质量。

2.3地源热泵技术具备可靠性以及稳定性优势

由于地源热泵系统在正常工作时，全部由计算机控制，因此，该系统可以安全、可靠地工作。此外，还可以利用地源热泵系统对地源热泵的使用进行实时监测和检测，从而及时发现问题并及时采取相应的对策。另外，地源热泵系统在运行中不受周围环境的影响。因此，系统内的热源温度相对稳定，能够有效地将其控制在一定的范围内。另外，采用的采暖、制冷系统也能达到一定的控制范围，因此，采用的地源热泵系统具有较好的稳定性和可靠性。

2.4维护成本较低

从实际应用和发展的情况来看，如果将地源热泵技术用于医疗器械的话，将会大大降低系统的维护费用。这主要是因为地源热泵在正常运转的情况下，具有很好的耐用性，而且在技术设备正常运转的情况下，各部件之间的摩擦也会少一些，所以可以大大地延长设备的使用寿命。通常情况下，采用地源热泵的仪器都是在地面上，减少了与空气的接触，从而有效地避免了空气中的水汽和其他气体的侵蚀。同时，由于采用了地源热泵技术，各部件之间的联系更加紧密，可以实现自动控制，从而降低了人力和资金的消耗。

3.地源热泵技术在暖通空调中的应用

3.1大地耦合热泵

一般说来，地源热泵又称地源热泵，它将表层的土壤作为热源和热源，在耦合式换热器的作用下进行。它们被安置在一个预先设置的沟渠之中，要么被安置在一个U形的管道之中，要么被安置在一个水环的防护系统之中。与传统的热泵相比，地热耦合热泵具有以下三个优点：首先，由于土壤中的温度变化比较小，而且地面上的空气也会发生一定的变化，这就是大地耦合热泵的安全稳定运行的原因。第二，利用土地作为热量和热源，可以减少对环境的污染。第三种是将地面耦合热泵与太阳能集热器相结合，在土壤的放热和蓄热的同时，实现了高效的制冷和供暖。在采用地源耦合热泵时，首先要注意的是地源转换装置的选择，目前的地源耦合热泵分为横向和纵向两种，在实际应用中，技术人员要根据实际情况来选择合适的地源。同时，在地下换热设备中，应注意选用管材。由于管道埋设在地底深处，为了保证系统的稳定性和可靠性，必须选用具有优良抗腐蚀性和化学性质的管材，并且具有良好的韧性和强度。

3.2地下水热泵

地下水热泵是一种将地下水导入热泵系统的设备，它可以充分利用地下水源的温度，从而达到热交换的目的。地下水热泵最大的优点就是占地面积很小，而且在使用的时候也是卓有成效的，只要设计的过程科学，就不会出现任何的问题，这就可以大大降低设备的维修费用，而且建造的过程也比较简单，技术也比较成熟。在使用地下水热泵设备的过程中，必须要进行相应的回收工作，避免对环境和周边的环境产生不利的影响。

3.3地源热泵暖通空调设计方案

3.3.1地埋管换热器

在埋设换热器时，应充分考虑换热器的有效设计，并根据采暖空调系统的平面布置来确定钻孔布置。此外，还要考虑到地下管道的长度和实际的钻孔数目，以满足工程的实际规模。在施工过程中，根据钻井深度，了解系统的换热情况，精确计算出井眼换热，并根据现场情况进行试验。在此基础上，用N表示钻孔的数目，Q表示埋管的热载荷，q表示钻孔的深度，H表示钻孔的深度。

通过对钻孔数目的计算，确定井深状况和深度资料，在冷却器室内设置分水器，对钻进方案进行合理地控制，提出了采用梅花形结构来实现高效的钻井布局。另外，在设计时，应充分利用周边绿地，将分水器与分支管道连接起来，以达到水压均衡的目的。

3.3.2热水回收系统

暖通空调的核心问题是热再生技术。通过对热再生系统的合理设计，可以使废热资源得到充分地利用，从而改善空气中的热污染状况，从而减少了总的能耗，提高了能源效率，同时也对地热的不均衡起到了一定的作用。地热的损耗得到弥补，再由地热回收系统将其送回地面，以补偿地热。而且，它还可以将循环利用的热量，用来加热冷水，从而减少系统的能耗。

3.3.3冷却塔运行策略

地源热泵可以通过引入过热来补偿采暖系统的地热损耗，但其补偿作用并不明显。为了实现地热的均衡，提出采用辅助装置来补偿地热，常用的辅助冷源是冷却塔，将其用于采暖系统的地源热泵，需要根据具体情况选用合适的冷却塔，并对其进行容量的计算。冷却塔装置是环形流体，是干式闭环的。在采用冷却塔时，推荐采用干球温度，并将其用于空调系统的设计。另外，采用启停策略，针对建筑物的冷负荷，采用先进的启动和停止策略，以确保表层土壤的热辐射，使其处于温度区间均衡的条件下，在降温高峰时期，采用地源热泵和地源热泵协同工作，若冷却塔的工作效率较高，则应关掉地源热泵，使之独立运转，从而缩短地源热泵的工作时间，从而降低地源热泵的负荷。

结束语

在现阶段，由于社会和经济的发展，暖通空调的安装比例已达100%。暖通空调系统自从发明后，其构造原理及应用都在不断地更新与完善，因此，本文应对有关资料进行综合总结，从更深层的层面上分析暖通空调系统中地源热泵的应用。同时，本文还对暖通空调的构造、原理等作了较为详尽的阐述，以便为广大的空调使用者提供技术上的知识性和实用性指导。

参考文献：

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