暖通空調設計中地源熱泵的應用研究

張梁鐘

摘? ? 要：當前，隨著社會的發展，人們對于室內環境的要求越來越高，室內環境的空氣、溫度以及舒適度等因素都成為了人們重點關注的問題。暖通空調設計可以有效改善建筑室內環境，滿足人們對于室內環境的要求。在建筑暖通空調設計中地源熱泵的應用是一項極為重要的內容，對于建筑暖通空調系統作用的發揮有著重要的影響。本文首先將對地源熱泵的特點進行簡要闡述，其次介紹當前地源熱泵的主要類型，最后具體談談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;特點;類型;應用

1? 引言

在建筑暖通空調設計中應用地源熱泵技術可以實現從大地中獲取能量，一方面可以有效降低建筑暖通空調系統的能源消耗，響應我國節能降耗的號召;一方面可以減少暖通空調系統在運行過程中對于環境造成的影響。地源熱泵技術的這個特點極為契合當前社會發展的潮流，在暖通空調設計中廣泛應用這種技術可以能源消耗和節能環保二者之間的關系。

2? 暖通空調設計中地源熱泵的特點

2.1? 經濟性

地源熱泵技術主要是通過利用大地中的地熱資源來實現制熱或者是制冷的功能，由于其主要的能量來自于大地之中，所以其運行過程中對于電能的需求相對較小，可以極大的降低能源消耗，在運行成本方面具有十分明顯的優勢。利用地源熱泵技術來實現制冷或者制熱功能相較于傳統的建筑暖通空調系統可以減少30%～45%的運行費用，可以有效降低暖通空調系統的運行成本[1]。

2.2? 環保性

地源熱泵系統在進行制冷或者制熱的過程中主要利用的是來自于大地的能量，完全避免了燃料燃燒提高熱量的過程，可以極大的降低對于大氣環境的污染，同時地源熱泵系統的設備也相對較為簡單，沒有傳統空調系統中的冷卻塔設備以及外掛機裝置，極大的減少了對于環境的影響，具有較高的環保性能。

2.3? 能效性

地源熱泵系統雖然能耗要明顯小于傳統的空調系統，但是其發揮出的作用并不比傳統空調差，一定程度上甚至要優于傳統的空調系統。地源熱泵系統利用大地中儲存的熱量為建筑提供相應的熱量，完全可以滿足人們在冬季取暖的需求。同時，地源熱泵系統的冷卻效果相較于傳統空調系統利用冷卻塔進行冷卻的效果甚至要更加良好，可以有效控制溫度，為人們創造舒適度室內溫度。

3? 地源熱泵的主要類型

3.1? 大地耦合熱泵

大地耦合熱泵的熱源主要來自于地表淺層的土壤，相較于傳統的空氣熱泵其優勢比較明顯，主要可以分為以下幾個方面。一是將地表淺層的土壤作為地源熱泵的熱源以及熱匯，可以避免傳統空調系統冷卻塔以及鍋爐等設備的使用，可以有效降低對于大氣環境的影響。二是與空氣熱泵相比較，大地耦合熱泵不存在需要除霜的問題，不需要利用風機來回收土壤熱量，可以有效降低系統運行的噪音。三是地表淺層的土壤本身具備蓄熱和蓄冷的功能，因此，大地耦合熱泵結合太陽能裝置使用，可以有效保證制冷和制熱效果。四是與地表水和地表空氣相比較，土壤的溫度波動相對較小，因此，以地表淺層的土壤作為地源熱泵的熱源以及熱匯可以保證系統運行的穩定性。

3.2? 地下水熱泵

地下水熱泵是地源熱泵技術的一個重要類型，這種技術主要是利用地下深井作為熱源或者熱匯，從而實現制冷或者制熱的功能[2]。由于地下深井的水體一般處于底層當中，水文相對比較恒定，所以地下水熱泵系統的運行具有明顯的優勢。首先是地下深井所占面積相對較小，進行地下水的抽取和回灌時，占地面積不會對其造成影響。其次相對于大地耦合熱泵來說，地下水熱泵系統的運行成本更低，若地下深井的水流量較高，基本上就可以滿足整個暖通空調系統的運行需求。第三，與傳統的空調系統相比較，采用地下熱水泵基本不需要進行維護，因此可以節省一大筆維修費用，而且在抽取地下水之后又會進行回灌，所以并不會地下水的總量以及地理環境造成不良的影響。

4? 暖通空調設計中地源熱泵的應用

4.1? 地理管道與熱泵機組相結合

在暖通空調系統中應用地源熱泵技術一般會采用地理管道和熱泵機組相結合的方式，這也是一種相對比較簡單的地源熱泵技術的應用。首先需要按照地理管道的位置的不同需要采用長度不同的管道，根據水平管道單位長度熱量以及冷卻符合的不同，確定鉆孔的間距。根據垂直管道的單位長度換熱量和取熱符合確定開孔的面積。完成這兩項操作之后，即可根據結果來確定熱泵機組的規格、數量、配套水泵、定壓裝置以及分集水器等設備。

4.2? 地理管道與熱回收機組相結合

地理管道與熱回收機組相結合的方式主要是用于排熱系數超過一個單位的暖通空調系統，一般在北方應用較多[3]。在北方冬夏兩季的溫度差異十分明顯，冬季溫度較低需要大量的熱量滿足取暖的需求，而夏季溫度過高，需要進行制冷，在暖通空調設計中采用地理管道與熱回收機組相結合的方式，在夏季溫度較高的時候可以將部分熱量通過地理管道分散，在冬季氣溫相對較低的時候，可以從大地中提取熱量來滿足人們取暖的需求。

4.3? 地理管道與熱泵機組和冷卻塔結合

一般情況，在冬季和夏季人們對于室內溫度的要求相對較高，因此就可以采用地理管道與熱泵機組和冷卻相結合的模式，將夏季分散的熱量不同過地理管道排出，而是把分散的熱量全部輸送給冷卻塔，通過冷卻塔的冷卻就可以直接進行使用，可以有效避免熱量的流失。北方在秋季時，一般風力資源相對比較充足，因此可以有效滿足冷越塔的運行動力需求，可以將風能轉化為機械能，保證冷卻塔可以實現穩定的運行。目前這種地理管道與熱泵機組和冷卻塔結合的模式是一種比較理想的模式，其綜合收益相對較高，未來發展前景相對比較廣闊。

5? 結束語

綜上所述，在建筑行業飛速發展的情況下，暖通空調設計必然也要隨之進行相應的改進，從而才能有效滿足當前人們對于建筑室內環境的要求。在暖通空調設計中應用地源熱泵技術可以有效滿足人們對于暖通空調系統的要求，同時還能實現節能降耗，是目前較為理想的一種技術。

參考文獻：

[1] 蔡云飛.暖通空調設計中地源熱泵的應用分析[J].工程技術：引文版，2015（47）：00179.

[2] 張成方.暖通空調設計標準中地源熱泵的應用分析[J].中國標準化， 2017（22）：142～143.

[3] 何順軍.地源熱泵在暖通空調設計中的應用及問題研究[J].建材發展導向，2017（5）：306～307.