簡析地源熱泵在暖通空調設計中的應用

李 庭

河北建筑設計研究院有限責任公司 河北 石家莊 050011

近年來，地源熱泵的安裝和設計逐漸受到人們的關注。實際上，地源熱泵可以起到高效節能的作用，提高城市供暖系統的價值，在建筑暖通空調設計領域，地源熱泵具有良好的經濟性和環保性優勢，突出顯示了保護環境、節約建筑資源、增強節能效果等特性。在室內暖通空調設計過程中，需要將地源熱泵安裝在合適的建筑內部，合理科學采用地源熱泵，綜合提高室內節能效果及居住舒適度。如圖1所示，地源熱泵系統是由地源熱泵主機與埋管系統連接進行工作，為用戶提供便捷。

圖1 地源熱泵系統

理論上，地源熱泵是安裝在近地表的高效節能空調系統，滿足人們對空調功能的需求，而且能提高經濟效益和環保效益。地源熱泵可以同時實現制冷和制熱功能，用新型資源代替緊缺資源，符合開源節流的要求，由于我國在城市建設過程中大量能源逐漸緊缺，而這種新型地源熱泵技術為短缺的能源找到了突破口，根據調查研究表明:為了達到城鄉供暖方式優化，地源熱泵技術應用已經快速普及，改善了傳統的制冷制熱技術所需的能源，降低了能耗，而且有效節約了成本，能夠使空調的普及率大大提升，為人們帶去舒適便捷的生活。將地源熱泵技術應用于暖通空調設計，不僅兼顧了成本和節能問題，而且給居民提供供暖制冷服務，在未來發展趨勢勢不可擋[1]。如圖2所示，地源熱泵工作系統是通過地源熱泵主機通過吸收土壤溫度，并連接水箱和風機盤管，從而實現制熱制冷功能。

圖2 地源熱泵工作示意圖

1 地源熱泵概述

地源熱泵技術應用于暖通空調設計中是在地下通過水介質與土壤進行熱量頻繁傳遞。在一年運行中，可以達到熱量平衡，進而維持室內溫度均衡，從而使地源熱泵系統在夏季高溫時儲存大量熱能，到冬季時，再向建筑物適當熱源，滿足冬季熱量需求；在寒冷的冬天，地源熱泵可以為將空氣中的冷氣儲存起來，在夏季釋放，完成制冷。地源熱泵系統的能量來源于大地，因此該技術設計基本是在地下進行，大大減少對環境的污染，并且，利用季節存儲能量，可以減少能源的消耗。如圖3所示，在地源熱泵工作系統中，主要包括通風、制冷、制熱等，通風系統是連接室內和室外機組，吸入室外的新鮮空氣，并將室內空氣排出，進行換氣，達到室內通風效果；整個制冷系統的原理是應用冷熱轉換裝置，通過風機盤管達到室內降溫的目的；暖風系統用于室內除霜和供暖，經過地板采暖系統，達到供暖效果。此外，如果室內濕氣嚴重，可以利用蒸發裝置進行降溫，將空氣中的水分冷凝，排除濕氣。

圖3 地源熱泵工作示意圖

2 地源熱泵的特性

從地源熱泵的概念出發，它是在淺層地熱的有效作用下進行的，例如，可以使用地表水、土壤和地下水等能源，用于加熱或冷卻的高效節能系統。地源熱泵技術應用于暖通空調設計，主要是把常規空調中的冷凝器或蒸發器合理地埋在地下，在中間介質的有效作用下，以相對封閉的循環系統在地下循環，與地下的熱能進行轉換，方便室內環境進行相應的調節。地源熱泵技術應用于暖通空調設計中可以降低能源的消耗，達到綠色環保效果，而且功能更加便捷[2]。

2.1 清潔性

地源熱泵是將地熱能轉化為整個暖通空調系統的運行能量，減少了因燃燒而造成的環境污染，具有清潔作用。不僅如此，地源熱泵系統在暖通空調中的設計改變了以前室外空調放置，因此不會對室外進行排熱，降低環境空氣污染和噪音污染，在最大程度上保護了環境。

2.2 減少成本并且提高經濟效益

地源熱泵技術的應用可以彌補傳統空調的不足，全面提升空調性能，獲得更高的綜合經濟效益。原因在于地源熱泵能達到比傳統空調更好的制冷制熱效果，所以綜合性能超越了傳統的冷卻塔供暖方式。不僅如此，地源熱泵還可以控制在較低的冷凝溫度范圍內，將制冷成本降低三分之一甚至一半[3]?？偠灾卦礋岜迷谂照{中的應用有利于室內環境調節，提高了地源熱泵整體經濟效益，使暖通空調系統的功能提升。除此之外，地源熱泵還可以設置無人看管熱泵運行模式，無需管理人員時刻操作，地源熱泵可以進行自主運行?？梢钥闯?，地源熱泵的應用可以從設備和管理上綜合降低成本，也減少了能源消耗，極大的提高了經濟效益?？傮w而言，地埋式地源熱泵能夠節省空間、機組結構緊湊、隔絕空氣腐蝕、地下環境穩定等特點，對系統的各個部件的使用壽命有益，確保機組能夠長期穩定運行。

2.3 地源熱泵具有多樣化

采用地源熱泵技術可以在建筑物內進行供暖和制冷，生活所需的熱水也可以來源于地源熱泵系統，實現一個系統的多樣化應用，在建筑物中同時進行供熱和制冷，充分體現了地源熱泵的顯著優勢，采用此技術，實現了低投入，高回報的效果，節約能源，滿足多元化的供暖和制冷需求。

2.4 穩定可靠性

地源熱泵運行工作系統由中央計算機整體管理和控制，確保暖通空調系統在執行各項工作時維持穩定性和輸出可靠性。此外，管理員可以對暖通空調系統進行遠程控制，及時為用戶調整，加快問題解決的效率，提高了用戶使用的滿意度。

2.5 節約能源促發展

暖通空調系統可以讓人們隨意調節室內空氣濕度、溫度等，提高空氣的舒適度、潔凈度等重要生活指標，而且室內環境不可能是靜態的，人體皮膚也具有主動適應做出相關溫度變換調整的能力，維持身體機能正常運行，對短期的溫度變化進行自我調節。需要注意的是，由于在城市化的進程中，資源被大量利用，資源有限，不允許我們無盡的開采，所以保護地球資源是我們每一個人的義不容辭的責任，而地源熱泵技術應用于暖通空調設計中，極大的降低了對資源的利用率，減緩了資源的緊張狀態，也提升了經濟效益，為未來的發展保駕護航[4]。

2.6 維持生態環境平衡

夏季，地源熱泵將室內熱量通過地下進行排放，到了冬季再將地下的熱量輸送到室內，提高室內溫度，通過這樣的方式，有效利用資源，減少向環境排放的污染，也大大減少了資源浪費，有助于維持生態環境的平衡。

3 暖通空調設計中地熱泵源的運用

由于人們的生活水平不斷上升，對資源的需求逐漸增加，然而資源緊缺人人皆知，因此地源熱泵技術應運而生。近年來，科學家們不斷探索實驗，已經對地源熱泵技術的要點基本掌握。因此，地源熱泵技術可以應用于暖通空調的設計過程中，進而美化暖通空調的設計外觀，而且可以提升各項功能。從環保節能的角度出發，地源熱泵作為一種新的空調設計模式，可以達到最好的暖通空調節能效果。不僅如此，科學使用地源熱泵可以促進暖通空調設計的節能效果全面提升。靈活設計暖通空調，充分發揮地源熱泵的作用，從而提高用戶的滿意度和舒適度?，F階段，在運用地源熱泵技術時要注重發揮其功能，從而擴大地源熱泵技術的覆蓋范圍，讓地源熱泵市場更加活躍。

3.1 地下水熱泵

地下水熱泵系統是利用地下水溫度的熱量對室內溫度進行控制。在實際操作中，地下水熱泵系統可直接與熱泵機組相連，發揮系統的作用，通過水溫控制室溫。在設計時，確保系統設計施工正確，對后期應用有重要作用，可以免去維護和修繕，從源頭上降低成本。采用地下水熱泵系統進行暖通空調設計時，必須注意及時對地下水回灌，防止出現地下水循環堵塞，給地下環境帶來嚴重損失。不僅如此，工作人員在施工時，要科學合理設置傳輸管道，以免因輸水管道空間密集而造成地下結構穩定性降低[5]。

3.2 智能化設計

采用地源熱泵進行暖通空調設計的方式已被廣泛應用，智能化設計可以對相關技術的應用產生重要作用。智能化設計能夠控制暖通空調系統，換句話說，在室內可以直接使用智能設備進行溫度調節，進一步提高暖通空調系統的作用，不僅如此，利用智能化設計還可以進行地源熱泵的能量輸出工作。例如，室內溫度達到適宜溫度時，制熱工作會自動停止，當溫度過低或過高時，智能化設計會自動發出警報，保障了居民的健康安全，也提高了資源的利用率。

3.3 地理管道和熱回收機組結合

氣候變化可以給暖通空調帶來設計優勢，并且為居民在冬季提供熱水。地源熱泵空調設計的原理就是通過在一年的氣候變化中，地源熱泵都可以達到較好的熱量平衡，如圖4所示，在夏季，可以利用熱回收熱泵機組將部分熱量通過地下管道釋放到巖土，熱水由回收機組加熱后進入人們日常生活所需的熱水供給區。冬季可從巖土中提取熱量，實現熱平衡，將夏季在巖土中儲存的熱量全部進行制冷或僅利用20%的熱量，此操作可由管理員根據實際情況進行控制[6]。

圖4 地源熱泵空調設計

3.4 地表水地源熱泵系統

地表水地源熱泵系統可以發揮供暖和制冷兩種作用，但不同的是，地表水地源熱泵系統是通過冷媒處理吸收熱量，再將熱量從氣體轉化為液體，然后釋放冷空氣實現制冷。供暖是液體由冷凝器蒸發，然后由設備再循環和處理，將熱量釋放到室內。當暖通空調執行制冷工作時，地表水地源熱泵機組中的壓縮機對冷媒處理，進行汽化和液化循環。具體操作為，地源熱泵的壓縮機開始對冷媒進行工作時，機組中的水一直進行汽化和液化轉化，此時，冷媒通過風機面板吸收熱量，熱量再通過地源熱泵機組的水路傳遞給地表水，而室內的熱量傳遞到地下，風機面板對熱量進行處理，實現室內降溫。當暖通空調執行制熱工作時，采用換向閥改變冷媒的流向，地表水的熱量被地下水循環系統吸收，然后通過冷媒蒸發，轉移水循環中的熱量傳遞給冷媒，冷媒在循環過程中通過冷凝作用將熱量傳回風機面板，將地下的熱量傳遞到室內，提供源源不斷的熱風，實現供暖[7]。

3.5 大地耦合熱泵

大地耦合熱泵的工作原理是轉化地表溫度，進行冷熱配置。大地耦合熱泵具有很多超越傳統空調具有的特征。第一，大地耦合熱泵技術通過一定深度地表溫度的微小變化，在地表介質中存儲熱能或冷能，然后結合太陽能集熱器，加快能源傳播速度和利用率。第二，采用大地耦合熱泵技術，可以降低對發電設備的使用頻次，進而保護環境，減少能源消耗。第三，大地耦合熱泵可以在地表以下保持穩定，持續進行能量轉換和調節，而且地下環境不會受溫度和環境影響，所以比地面更穩定，減少工作人員對設備的維護和修理。

4 結語

總而言之，隨著社會的發展，建筑領域隨之加快前進的步伐。在建筑設計過程中，暖通空調設計具有重要作用，能夠直接影響室內工作和生活的舒適度。所以，建筑設計必須重點關注地源熱泵系統在暖通空調中的應用，可以節能減排，保護環境，提高資源利用率，而且保證暖通空調系統持續運行，保障人們的日常工作生活，促進我國建筑業的長期可持續發展。