暖通空調設計中地源熱泵的應用研究

周麗娟　田宜安

摘要：目前，我國的經濟在快速發展，社會在不斷進步，由于全球氣侯在不斷變暖，大氣污染嚴重，從而對人類的生存和生產有著不利的影響。因此，為了改變這種環境，設計暖通空調系統是非常重要的工作。本文分析了地源熱泵的特點，分析了暖通空調設計中存在的問題，使暖通空調技術不斷得到改進。

關鍵詞：地源熱泵;暖通空調設計;應用價值

引言

近年來，隨著人們生活水平的日益提高和國家節能政策的執行，綠色節能建筑已成為當今公共建筑建設追求的主題。由于中央空調系統的能耗在大型公共建筑運行的能源消耗中占比較重（約占60%），而在整個中央空調系統中空調主機的能耗占比最大。因此，中央空調系統主機能耗的高低直接影響綠色建筑建設的成敗。中央空調系統主機形式很多，目前應用較多的主要有：風冷熱泵機組、多聯機系統、直燃機機組（溴化鋰機組）和水冷冷水機組（冰蓄冷系統、地源熱泵系統）等。

1地源熱泵技術概述

暖通工程系統建設中所應用的地源熱泵技術是指自一系列低水平熱源材料（如地下水、地表水以及巖土體等在內）中獲取能量，并在水源熱泵機組、建筑內部系統以及地熱能交換系統的作用下轉換為可供暖通空調系統所使用的一種能源提取與轉換系統。受能源交換方式特殊性的影響，當前技術條件支持下的地源熱泵系統技術可以按照地埋管式、地表水式以及地下水式等進行劃分。機組系土壤源熱泵，地埋管結構，是當今世界上最為先進的工藝流程技術。它起源于西方國家近年來引進我國。它的設計理念是：高效、節能、環保、清潔。屬于高效節能大型設備，是世界行業內的科學界所公認的一款先進設備，以后很有發展前途與潛力，能效比1：5，比常規傳統設備節能40%～60%，自動化程度高，易于操作與管理。? 但無論其系統表現形式如何，在暖通工程系統實踐應用中，地源熱泵技術均表現出了以下幾個方面的應用特點與優勢：（1）清潔性。在地源熱泵系統技術的應用過程當中，借助于電能將地下熱量或者地表熱量轉換為暖通工程空調系統運行所需的能源，并面向其提供能源支持。整個操作過程不涉及到能源燃燒或放熱的情形，因此不會對周邊環境產生較大污染與不良影響。更加關鍵的一點是，在地源熱泵技術的干預下，省去了傳統意義上建筑暖通工程外部掛機的設置，因此這種技術在實際應用期間污染較小，具有良好的清潔性。（2）能效性。在當前技術條件支持下，地源熱泵技術已經發展形成了一套較為完善的工作體系，作用于暖通空調系統工程中對提升其能源利用效率是非常關鍵的。尤其對于平均氣溫較低的冬季，應用地源熱泵技術能夠使建筑室內溫度維持在12～22℃的適宜區間范圍內，供熱期間能源可循環使用，這對于促進系統能效水平提升，控制能源損耗有重要意義。（3）經濟性。首先，從供熱角度上來說，地源熱泵技術供熱功能的實現需要在很大程度上依賴于電能的持續性供應，因此能源消耗水平偏低，所投入經濟成本較少，具有突出的經濟性優勢。除此以外，從暖通空調系統工程冷卻角度上來說，相較于傳統意義上的空調冷卻系統，基于地源熱泵技術所產生的冷卻溫度明顯更低，制冷、供熱費用較原系統下降30%。它的性能是既能制冷又能制熱，制取衛生用水（洗澡水），它的作用涉及到工業、農業、科技等領域，是其他同類產品無法比擬的。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上的冷量。（4）可靠性。在暖通空調工程系統應用地源熱泵技術的過程中，管控功能的實現以計算機控制為依托，并面向操作人員提供遠程監控支持，能夠及時發現整套地源熱泵系統在運行期間所存在的異常問題，并及時解決，對保障系統運行可靠性，預防安全隱患產生意義重大。

2暖通空調設計中地源熱泵的應用研究

2.1大地耦合熱泵

在現代建筑的暖通空調系統設計中，利用地源熱泵是必要的。地熱泵在實際應用中的具體分析如下。（1）土壤溫度變化對大地耦合熱泵系統影響不大。由于土壤是儲存熱量和熱量的材料，不受溫度和濕度的影響，可以作為熱源向地源熱泵傳遞熱量，為此，人們常把土壤耦合熱泵技術與太陽能集熱器結合起來，在暖通系統中，土壤源熱泵可以有效地提高能源利用率，確保其高效運行。（2）與其他地源熱泵相比，地源熱泵更環保，可以替代傳統的鍋爐和冷卻塔，保護周圍生態環境，降低能耗，減少環境污染。（3）土壤耦合熱泵運行穩定。無論是冬天還是夏天，這個系統裝置都埋在地下，對設備沒有影響。即使在北方寒冷的冬天，也不需要給設備除霜。

2.2減少施工設計圖紙與現場的誤差

在建筑工程項目的暖通設計方案中，需要進一步減少施工設計圖紙與施工現場存在的誤差。根據施工單位提供的施工現場勘查數據指標，設計人員需要建立更加專業的數據模型，并對模擬建造體系中的關鍵質量控制點進行同步輸出，將其與施工單位的施工設計方案相結合，確保暖通系統施工現場的約束控制能力。為減少施工設計圖紙與現場存在的誤差，設計人員需要將關鍵的暖通系統功能結構與其他建筑功能子系統進行碰撞檢測，并對暖通設計方案與圖紙之間的統一性和協調性進行質量檢驗。在減少施工設計圖紙與現場存在的誤差過程中，還需要將暖通系統的具體質量控制措施與設計方案相結合，并保障暖通設計方案和建筑工程的整體設計理念保持一致性。在暖通設計方案中，需要將關鍵質量控制節點與施工現場進行有效連接。

2.3地源熱泵施工過程

一是開展鉆孔施工工作。在鉆孔之前，工作人員要對施工現場進行勘測，并要結合其他專業知識與具體的施工經驗，對施工現場進行綜合研究。嚴格按照施工鉆孔平面圖的具體孔數、行距、面積等要求，保證鉆孔施工符合標準要求。二是按照施工平面圖的定位放線，依據排水與泥漿倒運工序，合理安排施工現場的土方、泥漿地、安全通道等位置。三是對于鉆機的鉆桿而言，一定要進行垂直鉆孔，這樣能夠防止垂直偏差的鉆桿對已經埋好的管道造成破壞。四是在鉆孔的兩孔之間，挖出500mm的泥漿地，從而發揮作為鉆井機在現場施工中的水循環載體的作用。五是在鉆孔起勁時，安排質檢人員核對鉆孔與施工鉆孔平面圖之間的吻合狀況，一旦發現存在偏差就要及時糾正調整。六是在完成鉆孔施工之后，及時檢查鉆孔的深度和質量，并要做好各個環節的質量驗收工作。七是防止出現鉆孔塌方問題，如可以在鉆孔期間灌入泥漿，并要對鉆孔進行泥漿凝固護壁。

2.4地下水熱泵

地下深井供水可以為系統提供足夠的熱源，實現夏季暖通制冷，冬季供暖。地源熱泵系統經常采用熱泵技術。水溫不受外界環境影響，所以系統水源主要采用地下井水。下面分析地下水熱泵技術的優點，并討論其實際應用。（1）與其他地源熱泵相比，無論是地下水回灌還是抽水，占用空間都很小，沒有一種對其占地面積有影響。（2）地下水源熱泵技術可以降低地源熱泵技術的使用成本，系統維護方便，不破壞生態環境。在建筑物暖通空調的應用中，采用地下水熱泵對水資源進行回收利用，但灌溉過程中地下水含量保持不變。

2.5連接地源熱泵與冷卻塔

熱泵地下設備與冷卻塔的連接，主要是為了滿足夏季的降溫需要，傳統的地源熱泵原理是以水為介質，通過壓縮冷凝器吸收室內熱量，接著排放到土里，也可以把地下設備和冷卻塔連接起來，熱被直接送到冷卻塔，通過冷卻塔冷卻，使熱量以空氣為介質直接用于室內降溫，防止熱能進入土壤，影響生態環境。另外，北方、西北地區等地區風力較大，利用風力作為冷卻塔的動力，可確保冷卻過程中所消耗的熱量較少，達到節能、減少污染的目的，這種設計思想已在小范圍內得到了實踐和應用。

2.6提升暖通設計的經濟適用性

在保障建筑暖通設計的節能環保性質基礎上，還需要進一步提升暖通設計的經濟適用性，才能夠確保建設方和施工方的成本支出在可控范圍之內。尤其對于成本預算編制體系非常有限的建設方和施工方而言，提升暖通設計的經濟適用性質，能夠保障暖通系統功能價值與成本之間的動態平衡狀態，并對暖通設備的采購和安裝過程進行量化分析與約束。為提升建筑工程項目暖通設計的經濟適用性，需要從價值工程理論技術的角度出發，將暖通系統的具體功能模塊進行詳細拆解，保障業主用戶在使用期間的基礎功能需求。提升建筑工程項目暖通設計的經濟適用性，需要及時構建更加科學和完善的設計方案，集中探討存在爭議和矛盾點的暖通設計內容，并從價值成本分析方法中尋求精細化的解決方案。

結語

暖通空調工程是當前建筑領域非常核心的系統配件之一，加強對其設計工作的重視，嚴格貫徹落實節能減排工作理念，對地源熱泵技術進行合理且高效的應用，能夠在確保系統運轉正常的前提條件下，最大限度減輕暖通空調系統運行對生態環境所產生的不良影響，對整個建筑行業領域的可持續性發展是非常有利的。在對地源熱泵技術進行研究之后，不難發現這種技術屬于可再生能源綜合利用的范疇。結合建筑暖通空調工程施工建設要求，正確應用地源熱泵技術，不僅能夠達到節能減排目的，也能保證實際落實的施工建設工作符合行業標準，能夠創造更多效益。我國大部分的暖通工程現階段都已經使用了地源熱泵技術，地埋管地源熱泵技術的應用效率最高，應充分發揮其應用作用，推動我國暖通工程長遠發展。

參考文獻

[1]嚴烈.采用樁基埋管地源熱泵工藝的集中供能施工技術方法與技術風險分析——以尹山湖項目為例[J].工程與建設，2020，34（2）：308-311.

[2]羅新立.地源熱泵系統在建筑工程中的安裝技術研究[J].工程技術研究，2020，05（16）：56-57.