热泵技术在建筑供热中的应用与节能

热泵技术在建筑供热中的应用与节能

发表时间：2020-03-25T11:11:24.582Z 来源：《防护工程》2019年21期作者：丁强

[导读] 本文阐述了地源热泵技术的工作原理，对其在暖通工程中的应用优势展开分析，并对具体的施工技术进行了详细探讨，可供相关人员参考。

青岛能源热电有限公司第三热力分公司山东青岛 266100

摘要：地源热泵技术是能够解决建筑制冷供暖的一种新型的技术，和传统的技术比较，其具有高效、环保以及节能的特点，应用非常广泛。本文阐述了地源热泵技术的工作原理，对其在暖通工程中的应用优势展开分析，并对具体的施工技术进行了详细探讨，可供相关人员参考。

关键词：热泵技术；建筑供热；应用

引言

如今人们的生活水准持续提高，在建筑环境方面的要求也愈发的高涨。暖通空调作为高层建筑不可或缺的机电设备，在改善人们的居住环境时，也造成了很大的能源浪费，我们便致力于将其他清洁能源用于替换电力持续暖通系统的运作。地源热泵技术便是如此一种新的暖通空调技术，在节省能源、降低环境污染、掌控碳排放上有着十分广阔的应用空间。

1、地源热泵技术的工作原理

和其他采暖技术不同，地源热泵技术的工作原理是借助地表潜藏的热量，利用地表浅层地热资源调整室内的温度为室内供暖，如图1所示。从能量转换的角度分析，地源热泵技术实质上是热能的转化，其能够将热量从高温热源转移到低温热源上，使两者保持热量的平衡，从而达到均匀散热、供热的目的。地源热泵技术有着很好的运用条件，可以通过自身的优点改善室内的环境，从而提高人们的生活质量[1]。

图1 地源热泵系统原理示意图

2、地源热泵技术的特点

2.1、经济高效

在地埋管地源热泵技术并不需要进燃烧，因此对能源的消耗较为低，同时相比传统的空调系统在工作效率上提升了40%多，从而节省了能源和运作成本，同时此技术的机组有很好的稳定性与可靠性，因此整体系统具备高效性和经济性[1]。

2.2、环保长效

地源技术中并没有对其他能源的依靠，不用有燃烧过程，因此，这个技术是较为环保的，不会将废弃物品随意排放进而对环境也不会造成污染。并且地源热泵技术能够全年循环工作。在冬季吸取热能，夏季向地下释放能量，能够保持地下的温度平衡，从而确保了长期高效的使用。

3、地源热泵中的应用

为了迎合绿色建筑中暖通空调设计要遵循的节能环保理念，地源热泵技术也是应当积极的融合到暖通空调的设计中。应用地源热泵技术能够有效的解决传统空调在制冷以及供热方面能耗过高的问题，同时并不会影响到周边的土壤，更不会影响到地下水，是截至目前最为实用的一种供暖以及制冷方式。对于一些气温相较低的地区，我们在设计的过程中可以适当的增加一些辅助措施来保证暖通空调系统能够创造出源源不断的热量。若需要满足大量的冬季室内采暖需求，我们应当有效融合地源热泵技术以及太阳能技术，对太阳能以及地源热进

行并联或者是串联来为室内供暖做出有力的保障。我国南方夏季气温较高，我们可以串联冷却塔以及地源热泵，冷却塔可以有效的分担一部分制冷以及运行暖通空调系统的一部分负荷，能够在夜间对土壤温度进行控制，最终实现整体降温[2]。

3.1、地源热泵暖通空调的主要形式

依据热量来源的各不相同，地源热泵暖通系统能够分为土壤源和地下水源、地表水源这三种。埋管式土壤源热泵系统是将使用水当做是工作介质，在土壤内换热管道和热泵机组间流通，来完成机组和土壤的热交替，由于埋管的不同，有能分为垂直和水平两种，这是使用最多的地源热泵的形式，不用抽取地下水。直接在地下水源热泵将地下水当做是能量源，在抽取水后会把水输送到换热器与热泵机组中，提取或释放热量后重又回到地下。这一方案的应用需要得到地方政府的准许，同时地下因为有充分的水量，回灌工作是其要点，地表水源热泵使用地表水当做是冷热源，抽取江河湖水以及海水，从而形成一个开放式的循环或是闭环系统。其中前者是直接抽取地表水来开始热交换，后者使用水盘管道热交换仪器与地表水形成热替换。依据地源水使用手段的不同，将地源热泵系统分为开环和闭环两类。其中闭环换热器的公租介质不与外界的水或是土壤接触，在热泵机组与地下埋管间进行反复循环更替。开环系统抽取外部水当做介质，通常使用板式换热器和外部水进行热流通，以便保护内部的热交换仪器[3]。

3.2、地理管道与热回收机组的结合

该组合方式大多被应用在排热量系数较大的单位工程项目中，一般情况下，在我国北方地区应用较为频繁。北方地区冬夏两季温差变化较大，热量变化存在较为明显差异，利用这一差异性特征开展暖通空调系统的设计工作，能够增大自然界中能源的利用率，在强化供暖和制冷效果的同时，减少能源损耗。在夏季时，可通过热回收式热泵机组和地理管道的运用，将地表或地下多余的热量予以回收处理和存管，冬季将存管的热能释放出来，以提高热量供应质量，通过这样的操作可节省近2成左右热量的损耗，且操作较为自由，可有效强化暖通空调系统的设计效果。

3.3、运行状况分析

在设计阶段因为温度监测点没有设置到地埋管换热器周围，在后期不用对两季地下岩土体的平均温度进行测量。但是可以使用检测来得到有关的数据，详情如下：（1）正式使用后，在系统运行中，地源系统热泵主机还不会启动，等待地源侧循环水泵运作一小时后，便能测量地下岩土体，结果是15.8，和热响应测试结果对比，温差小。（2）在系统各个组件都正常运作的状况下，11.7和8.3摄氏度分布是冬季地埋管侧出口、进口温度。通过观看系统每日的运转情况，在早晨8时测量出口温度在11.7摄氏度之上，在运转试点不停增加的时候，出口温度在这将渐渐下降，最终能达到9.8摄氏度，因此，观测系统运作中，可以对土壤温度的变化状况进行反映。并且，还可以使深层土壤以及水源保持极为稳定的温度，增加热交换温差，并且可以帮助增加传热，减轻空调机组负荷，落实能源节约。在冬天的时候，一样使用深层土壤以及水源极为稳定的温度，使其成为热泵的高温来源，以此获得热量，也能够具有良好的节约能源作用[4]。

3.4、地理管道与热泵机和冷却塔的结合

该方式较多的应用于我国南方地区，由于南方地区内冬夏两季温度变化不是很大，不需要存储夏季产生的热能，可直接通过地理管道与热泵机和冷却塔的结合，实现热量的有效转化，满足暖通空调系统的运行要求。同时这一方式的应用也降低了冬季热量的过分流失，让配热量系数保持在一个单位左右，不会受到不良因素的影响而出现较大波动。另外，对于北方地区来说，如果要采用这一方式，则需借助秋季中产生的风能来实现能源储存，并供应冷却塔的正常运转，这时就需要充分利用能量守恒原则，将风能转化成机械能，以此保证能源的充足供应，提高暖通空调系统的应用效率。可以说，该种机制的组合在现阶段暖通空调设计中受到了更加广泛的应用，而且，已经有很多较大型的空调厂商都是采用地理管与热泵机和冷却塔结合的设计组合形式。下一步的发展方向将是不断的开拓市场，满足人们日益增加的需求[5]。

结束语

社会经济的飞速发展，使得能源短缺问题也会逐渐成为了急需解决的问题。而作为一个全新的空调系统，地源热泵技术具有节能环保、高效长久的优点，渐渐获得广泛的应用。同时技术性与时效性上都有很大的提升，是目前主要使用的环保技术。基于此，需要有关人员深入分析，提高创新力度，给人们的使用提供更加优质的服务。

参考文献：

[1]王忠奎.热泵技术在建筑供热中的应用与节能[J].山西建筑，2017，43（19）：129-130.

[2]任晓芳.地源热泵空调评价与应用研究[D].燕山大学，2014.

[3]单伟贤.地源热泵空调系统应用于中国北方大学城冬季供暖的可行性分析研究[D].河北工业大学，2012.

[4]檀丽丽.河北省平原地区节能建筑中浅层地热能的应用研究[D].成都理工大学，2012.

[5]潘登.地表水源热泵技术在重庆的应用研究[D].重庆大学，2008.