暖通空調設計中地源熱泵的應用分析

王桂鋒

摘 要：在節能減排、資源短缺的大背景之下，暖通空調設計必須進行改革。地源熱泵憑借其獨特的優點已經成為我國暖通空調設計中的一種發展趨勢，隨著地源熱泵技術的發展，傳統的空調系統設計必將被取代，而地源熱泵在暖通空調設計中的運用也會更加合理、更加廣泛。本文探討了暖通空調設計中地源熱泵的應用。

關鍵詞：暖通空調設計；地源熱泵；應用

1 前言

現階段，隨著社會經濟的發展，我國的暖通空調安裝率已經達到了百分之百，空調已經成為了人們日常生活的一種最基礎的配件。自發明暖通空調地源熱泵以來，其結構原理和運用一直在不斷的更新和改進，我們應該對相關資料進行綜合歸納，并從更深層次的角度對暖通空調設計中地源熱泵的運用做全面的解析。

2 地源熱泵的特點

從概念方面分析，地源熱泵是一種利用淺層地熱能源（ 地下水、土壤、地表水等的能量） ，實現制冷或者供熱的高效節能系統。在實際應用方面，是指將傳統空調系統中的蒸發器或者冷凝器埋入地下，利用中間介質，在相對封閉的環路中，經過大地進行循環流動，從而實現與大地的熱交換，達到制冷、供熱或者調解空氣的目的。與普通空調系統相比，地源熱泵的熱能主要來自大地，因此可以有效減少對于能源的消耗。地源熱泵的特點主要體現在以下幾個方面：

（1）清潔性： 電力是地源熱泵運行的重要保障，而地源熱泵系統在實際應用過程中，由于熱量主要來自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過程，可以有效減少對于周邊自然環境的影響和污染。同時，在相對成熟的技術支撐下，地源熱泵系統不需要配置相應的冷卻塔裝置和外掛機設備，因此在熱能的排放過程中，同樣不會對周邊環境造成影響。

（2）能效性： 從目前的技術發展情況看，地源熱泵系統在實際運行過程中，對于能源的利用效率極高，例如，在冬季氣候狀態下，可以將室內的溫度維持在12-22℃的范圍內，明顯高于常規狀態的環境空氣溫度。而在供熱過程中，可以顯著提升熱泵在循環狀態下的蒸發溫度，對于提升整個地源熱泵系統的能效比是非常重要的。

（3）經濟性： 與普通空調系統相比，地源熱泵系統中的冷卻系統冷凝溫度更低，制冷效果較傳統的冷卻塔式系統和風冷式系統更好。相關實踐數據顯示，在地源熱泵系統中，空調的供熱和制冷運行費用能夠減少30%-40%。不僅如此，與一般的鍋爐供熱、電能供熱系統相比，地源熱泵系統雖然也需要依靠電能運行，但是能耗極小，經濟性優勢非常突出。

（4）可靠性： 在地源熱泵系統中，對于系統的管理和控制全部都是由計算機進行的，可以有效保證系統在多工況運行狀態下的穩定性和可靠性。同時，管理人員還可以通過遠程控制的方式，對地源熱泵系統進行控制和調節。

（5）穩定性： 地源熱泵系統可以在任何環境因素的作用下，確保熱源溫度的穩定性，將其控制在10-25℃的溫度區間內，制冷和供熱系統也可以維持在3.5-4.4 之間，與普通的中央空調系統相比，具有更高的穩定性。

3 暖通空調設計中地源熱泵的應用

3.1 地理管道和熱泵機組結合

在實際運用過程中采用地理管道和熱泵機組相結合的方式是比較常見，也是運用起來比較簡單的組合方式。設計過程中依據地理埋管路位置的不同采用不同長度的管路，對于水平埋管單位長度的熱量和冷卻負荷的不同，可以確定鉆孔開槽的間距。對于豎直埋管單位長度的換熱量和最大取熱負荷計算開槽的占地面積。完成上述實際操作后就可以依據計算結果選擇熱泵機房中熱泵機組的規格型號，使用臺數、配套水泵、分集水器、定壓裝置、水處理裝置等，確定前期準備工作后就可以進行熱泵機房實際圖紙的設計工作。同時選擇合適的機房面積，設計機房內電源開關的安裝位置。最后，進行安裝圖紙和實際布線圖紙的設計工作，以滿足實際工作需要。

3.2 地理管道和熱回收機組結合

對于工程實際工作中排熱量系數大于一個單位的工程項目中，就可以采用地理管道和熱回收機組結合的方式進行設計，由于我國北方氣候比較分明，冬季溫度十分寒冷對于熱量的需求比較多，而到了夏天地表溫度又十分炎熱。因此，在暖通空調的設計中就可以利用氣候變化的這個鮮明的優勢進行設計，同時還可以滿足人們冬天對于熱水的需求量的要求。夏季到來的時候，可以采用熱回收式熱泵機組通過地埋管向巖土排出一部分熱量，熱水被回收機組加熱后進入實際生活渠道，提供人民日常需求。到了冬天的時候，可以向巖土體取熱，進而達到熱量的平衡機制，巖土體可以將夏季回收的熱量全部用來制冷也可以只用熱量的20%，這個過程完全可以由操作人員自由控制。

3.3 地理管與熱泵機和冷卻塔結合

夏季對室溫要求較高，同時冬季對室溫要求也很高的場景，可以采用不將夏季收集的熱量源排出到巖土體中，而是將熱量直接輸送到冷卻塔。通過冷卻塔可以將熱量進行冷卻，之后可以直接使用，就可以避免在經過一個冬季才能投入使用的進而產生了熱量流失的弊端。而且可以充分地保證排熱量系數保持在一個單位左右不受影響。北方到了秋季后風力就相對充足，通過儲存的風力也可以保證冷卻塔的動力源得到保證，風力可以將風能轉換為機械能，根據能量守恒的原則，就可以積極的做功，保證動能得到源源不斷的供給過程。可見這一過程是十分有利的。因此，該種機制的組合在現階段暖通空調設計中受到了更加廣泛的應用，而且，已經有很多較大型的空調廠商都是采用地理管與熱泵機和冷卻塔結合的設計組合形式。下一步的發展方向將是不斷的開拓市場，滿足人們日益增加的需求量。

4 地源熱泵應用的注意事項

4.1 地源熱泵在暖通空調設計中的運用要因地制宜

將地源熱泵運用到暖通空調設計中具有很大的技術優勢，但在實際使用過程中，地源熱泵的設計卻會受到客觀環境的諸多限制，因此地源熱泵在暖通空調設計中的運用應當是因地制宜的。當大地夏季儲存的熱能不足，無法滿足建筑物的冬季供暖時，系統設計就要增加制熱裝置來增加熱能，使熱能滿足相關規定的要求，當大地冬季儲存的冷能量不足，無法滿足建筑物的夏季制冷需求時，系統設計就要增加冷卻裝置，以滿足人們的使用需求。

4.2 正確選擇與地源熱泵類型相適應的機組

目前，市面上的機組類型繁多，也缺乏統一的規范與管理，因此在暖通空調設計中要根據地源熱泵的類型來挑選合適的機組，同時，地源熱泵對機組的能效比與性能系數有著很高的要求，而且各個廠家生產的機組，其能效比和性能系數可能存在不同，因此設計者必須根據地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數。如果機組類型或者機組的能效比與性能系數與地源熱泵類型不相適應，就會影響地源熱泵系統的正常使用，影響建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

4.3 控制系統的合理管控

地源熱泵的控制系統主要有三個：①熱泵機組的自動控制系統。這個系統主要借助自動化裝置進行制冷以及制熱的合理調配，不需要人工操作；②水池的控制系統。這個系統的調控依據是水位的高低，當水位達到一定高度時，系統會開啟或者關閉深井蓋；③井群控制系統。這個系統主要進行分組管理，并促進其他控制系統控制能力的正常發揮。

總之，根據實際情況應用不同形式的地源熱泵技術能夠很好的提高低溫地熱資源，并且可以克服傳統熱泵空調技術的存在的局限問題，可以說，是非常具有一定的實用價值。

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