暖通空调设计中地源热泵应用分析

暖通空调设计中地源热泵应用分析

李嘉雯

中铁第四勘察设计院集团有限公司建筑院暖通所

摘要：近年来，地源热泵的安装和设计逐渐受到人们的关注。实际上，地源热泵可以起到高效节能的作用，提高城市供暖系统的价值，在建筑暖通空调设计领域，地源热泵具有良好的经济性和环保性优势，突出显示了保护环境、节约建筑资源、增强节能效果等特性。在室内暖通空调设计过程中，需要将地源热泵安装在合适的建筑内部，合理科学采用地源热泵，综合提高室内节能效果及居住舒适度。

关键词：暖通空调设计；地源热泵；有效应用

随着近年来经济发展水平的提升，群众对生活质量的要求也在不断提升，在室内的环境控制过程中对于温度的适宜性要求也有了进一步增加，所以人们对空调机的依赖性不断提升。但是空调机的应用不仅会出现较为显著的能源消耗，还会对环境发展造成负面影响。而地源热泵系统的能量是在大地中直接获取，在暖通空调设计中对这项技术的有效应用，不僅能有效控制和降低能源消耗，还能避免对环境产生的负面影响。

1 地源热泵概述

地源热泵技术最早被英、美两国提出，后来随着空调技术的发展及对外开放传入我国，它实际上是以岩土、地表水或者地下水作为低温热源，由建筑内系统、地下换热系统、水源热泵机组构成的空调系统。依据地热能利用方式的不同，地源热泵又分为地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统以及地埋管地源热泵系统。在暖通空调设计中所应用的地源热泵通常属于地埋管地源热泵系统。具体是将暖通空调中的冷凝器或蒸发器设置于建筑地面下，以土壤和水为传热介质实现热传递。地源热泵将地表热能收集储备，实现整个建筑内外热交换。地源热泵能量来源是大地，故将地源热泵应用于暖通空调的设计可以降低能耗，削弱对环境的破坏性。

2 地源热泵的作用

地源热泵具有很高的环保性，主要是由于地源热泵系统运行的能量来自于大地，在能源的吸收与转换的过程中，能量消耗量较小，可以有效的减少使用过程中，对周围环境的污染。此外，地源热泵具有极佳的制冷和供热功能，制冷以及供热效果要比普通空调的效果好，所消耗的能量也比普通空调消耗的能量低。其次，空调在使用的过程中需要大量的电能，因此，空调的运行费用也比较高。地源热泵系统虽然也需要使用空调，但是其运行费用要比空调低2~3倍，因此，地源热泵具有很高的经济性。地源热泵系统的控制和管理均采用先进的科学技术，在系统工作的时，监控人员可以通过计算机操作，保证地源热泵的稳定运行。在运行的过程中，地源热泵可以不用考虑环境因素带来的影响，最大限度的保证了使用者的安全。

3 地源热泵技术的特点

3.1 经济高效

地源热泵技术在暖通空调节能中的应用可以实现经济高效、可靠安全的生产，不需要直接燃烧能源，避免了燃料燃烧损失热量，减少了能源消耗，在能源传输中实现了热能转换，与传统空调运转系统相比，其工作效率更加高效。该技术既能节省能源使用量，也能降低生产成本，提高经济效益，具有较高的可靠性与稳定性，符合可持续使用的生产目标。其次，地源热泵技术并未依赖其他能源，其能减少能源消耗，避免了能源的过度使用和污染排放破坏环境，以全年循环式地热泵取与交换的热能转换形式吸收和释放热能，有效维持了地下温度的稳定性，延长了使用寿命。

3.2 节能减排

由现有生产资料的调查与分析可见，煤炭、石油等不可再生资源的使用导致环境破坏问题较为严重。传统空调机在释放热能时也会产生过多破坏环境的气体，而地源热泵系统的生产与建设符合节能减排、环境保护的目标，能量来自大地，其热交换方式可以转换室内外热能，保持温度的恒一性，属于较好的节能技术。

4 暖通空调设计中地源热泵应用

4.1 将地埋管道与热回收机组结合

该组合方式针对的是排量系数大于单元项目的情况，一般在北方地区应用较为频繁。由于北方季节气温变化明显，冬季温度较低，对热能的需求量大，夏季温度较高，对制冷要求高。所以在暖通空调设计中，采取该方式来保证系统运行，科学调配热能。夏季时，可利用热回收机组对地埋管道内热量予以提取，回收利用;到冬天，可以向岩土体取热，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20%，整个过程完全可以由操作人员自由控制。

4.2 智能化设计

采用智能化设计可以对地源热泵暖通空调系统进行更加精准、高效的控制和管理，提高其能效、舒适性和安全性，具体优点如下：首先，智能化设计可以实现对暖通空调系统的自动化控制，实时感知和调整室内温度、湿度等参数，提高系统的运行效率和稳定性，并且大大减少了人工操作的难度和繁琐程度。智能化设计可以实现多种场景模式切换，如清凉模式、睡眠模式、健身模式等，提供不同的室内环境，满足用户不同的需求，提供更加个性化的服务体验。智能化设计可以实现对能量输出的管理和优化，根据室内外环境变化情况，为地源热泵系统提供准确、精细的供暖和制冷，最大限度地利用能源，降低能耗和排放。最后，智能化设计还可以实现对暖通空调系统的远程监测和管理，通过智能手机等设备实时查看系统运行状态、能耗情况和故障报警信息，及时处理问题，保证室内环境的舒适和安全。

4.3 污水源热泵

污水源热泵是从污水中进行热源热量提取应用到建筑暖通空调系统中的一项节能技术，其能够将提取出的热源直接转换成高品质的能源，改善制冷和供热效果，加强建筑内部环境的舒适性。同时，污水源热泵应用中水质稳定性强、温度变化小，保证内部供热和制冷的稳定性，减小设备系统的损耗。污水源热泵的优势如下。污水源热泵可利用污水处理厂排出的污水提取热源，污水处理厂的出水量大、水质稳定性强，为热源提取提供了较大优势。在污水作用下能够设置循环装置，避免污染和浪费现象的产生;环保性好，污染物排放得到缓解，据现有资料可知，污水源热泵应用后，污染物排放量较空气热泵减少40%，较电供热减少70%。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，运行费用仅为普通中央空调的50%~60%。但该热泵也存在一定缺陷，污垢会加剧流道表面的粗糙程度，引起摩擦系数和局部阻力系数的增加，这必然会引起整个换热器的流动阻力压降增大，故泵消耗的功率增加。所以做好设备的更换及更新设计，剔除污垢也成为专业人员要重点考量的内容。

4.4 将埋地管道与热泵和冷却塔集成

鉴于一年四季的室内温度要求较高，充分考虑到这一特点，设计中有必要在夏季排出热源，但将其转移到冷却塔中储存，以便这部分电能在冬季直接用于供暖，以防止再次提取多样性，提高系统软件热循环系统的利用率。该方法还可以减少不良条件的限制，提高热原转化的实际效果。此外，由于秋季天气可以储存和转换风能以替代机械动能，以满足中央空调系统的运行要求。这种组合模式目前已广泛应用于通风空调设计中。许多大型中央空调制造商采用了天然地理管道与热泵和冷却塔相结合的设计和组成模式。

5 结束语

经调查发现，我国建筑能耗在社会总能耗中站位非常靠前，在环境与能源紧张问题不断加剧的形势下，改善建筑工程高能耗高污染问题，推动建筑工程生态绿色发展势在必行，鉴于暖通空调系统是建筑工程高能耗系统，因此需要以暖通空调设计为入手点，积极开展地源热泵在建筑暖通空调设计中的应用研究，梳理地源热泵应用的注意事项。

参考文献：

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[2]杨阳. 暖通空调设计中地源热泵技术的应用研究 [J]. 建筑技术开发, 2020, 47 (23): 40-41.

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