暖通空调设计中地源热泵的运用 李承瑞

暖通空调设计中地源热泵的运用李承瑞
摘要：本文首先对暖通空调设计中的地源热泵做了简介，然后说明了暖通空调
设计的指标，最后详细阐述了暖通空调设计中地源热泵的运用。

关键词：暖通空调；地源热泵；大地耦合；地下水；地表水
一、暖通空调设计中的地源热泵简介
（一）暖通空调设计的主要内容
科学技术的迅速发展为建筑行业的发展提供了契机，我国的建筑工艺不断革新，建筑水平也不断提高，为了给人们提供更为优质的居住环境，建筑室内设计
也更加关注暖通设计。

从整体上看，暖通空调设计的主要内容有三点，分别是采暖、通风和空气调节，由于室内环境的温度湿度等会直接影响人们居住的舒适程度，因此通过暖通空调系统来合理调控室内的温度和湿度，可以使人们居住的更
为舒适。

在暖通空调设计中，地源热泵技术是近年来的关注热点，如何在暖通空
调设计中合理运用地源热泵技术是设计者需要思考的问题。

（二）地源热泵简介
“地源热泵”这一概念最早由瑞士专家提出，但是这项技术的兴起却是在英国
和美国。

暖通空调设计中的地源热泵系统是将空调系统的蒸发器或者冷凝器埋在
地下，并通过水介质与土壤进行热交换，因此在炎热的夏季，地源热泵系统可以
将热量贮存起来，共建筑物冬季供暖使用，在寒冷的冬季，地源热泵系统可以将
冷能量贮存起来，供建筑物夏季制冷使用。

地源热泵系统的能量来源是大地，因
此在暖通空调设计中使用这一技术可以大大降低能源的消耗量，并减少对环境的
污染。

二、暖通空调设计指标
（一）净化功能
净化功能设计是暖通空调技术设计当中一个非常重要的指标。

净化功能技术
就是在净化空调系统当中安置空气过滤器，过滤器将空气吸进来，通过过滤网把
空气中的大分子、颗粒物等有害物质过滤下来，空气经过滤器的处理，空气就成
为了清新，洁净的空气。

空气清洁了人们的生活质量也就高了，这种设计还可以被用在对空气清洁度较高的区域。

（二）温度控制
温度控制是暖通空调设计当中一个最为重要的技术指标。

暖通空调温度控制
在一些大型工作厂区当中的控制要求很高，特别是对精度有很高要求的加工过程
当中，一定要保证加工车间的温度符合要求，确保加工工件的合格率。

所以很多
大型工作厂区采用的都是自控系统来控制厂区加工车间的温度。

自控系统控制温
度就是以回风阶段的稳定情况和按照操作人员事先在自动控制系统当中设定的固
定值为参数的主要依据，通过结合与之相关的计算方法来得出准确的结论，在满
足设计要求的前提下运用度温度传感器来实现对温度的有效控制。

三、暖通空调设计中地源热泵的运用
（一）大地耦合热泵
地下热泵属于地源热泵的重要分支，该类热泵技术通过地下深井，依靠热汇、热源实现制冷或供热。

由于地下深井水位身处地层，深度相对较少，深井水水文
甚至恒定不变。

它的热源、热汇是以地表浅层土壤为主，对比传统空气热泵具有
如下优点：其一，与地表水与空气而言，土壤深入地下时，全年的温度波动相对
较小，土壤影响地表的空气、温度，具有衰减、延迟作用。

所以，多数条件下，
热源、热汇宜作为热泵装置，确保系统高效率、稳定运行；其二，土壤作为热泵
的热汇、热源，可取代传统空调的锅炉、冷却塔，减少空气污染，降低环境热污染；其三，同空气热泵比较，大地耦合热泵无除霜问题，无需风机回收土壤热量，可降低系统噪声等级；其四，土壤自身属于蓄冷体和蓄热体，所以，大地耦合热
泵能结合太阳能集热装置，利用土壤放热功能、蓄热共鞥，获取最佳制冷效果、
供热效果；其五，土壤传热性能较差，需提供较大传热面积，所需占地面积过大；埋设地下管道时，其成本较高，运行故障检修难度较大；当土壤干燥，降低其导
热性能，在夏季时，向外排热难度大，呈不可逆运行状态。

在实际应用中，一方面，应该对地下土壤换热系统的类型进行选择。

在当前
技术条件下，从埋管模式分析，可以分为垂直型和水平型，需要设计人员根据建
筑的实际情况进行合理选择，一般情况下多采用垂直型埋管模式；另一方面，应
该地下换热器管材进行选择。

由于管材需要埋设在地下，因此，从地源热泵系统
运行的可靠性和稳定性出发，应该确保管材具备良好的耐腐蚀性和化学稳定性，
同时具备一定的强度和韧度，还必须对成本进行控制。

综合考虑各方面的需求，
可以优先考虑高密度 PE 管材进行地源热泵系统的建设。

（二）地表水热泵
地表水热泵系统与地下水热泵系统相似，不过是由潜在水面以下的塑料管道
构成的，这有些塑料管道在构成方式上表现为多重并联形式，在运转进程中所构
成的地下水热交流器，能够在必定程度上替代土壤热交流系统。

在暖通空调系统
的规划中，地表水热泵系统需求经过管道与建筑进行衔接，以保证系统运转的安
稳性和可靠性。

一起，需求充分考虑建筑所在区域的环境差异性，对管道和设备
进行相应的防冻处理或防潮处理，避免气候要素关于系统的影响和损坏。

（三）地下水热泵
地下水热泵技术是地源热泵技术的重点研究对象。

地下水热泵技术之所以能
够被广泛应用，其原因有以下几点：第一，地下水热泵技术具有占地的面积小，
并且布局严谨的特点。

地下水热泵技术对于水井的占地面积要求不是很高，因此，抽取上来的地下水和地下水的回灌不会受到水井所占面积大小的影响。

另外，较
为严谨的水井系统布局也促进了地下水在抽取和回灌上的效率。

第二，地下水热
泵技术具有运行成本低的特点。

地下水热泵系统所需单位容量的成本非常低，整
个暖通空调系统的运行只需要有一口流量很高的井就能实现运行。

第三，地下水
热泵技术具有系统维护成本低和对环境影响小的特点。

地下水热泵循环系统的设
计当中合理有效的地下水热泵循环系统设计不仅能够提高系统的运行效率和稳定
系统的运行而且还可以忽略对地下水热泵系统的日常维护，从而节约大量的维护
成本，与此同时，在地下水的回灌下，地层的含水量基本不会发生变动，这就保
证了地下水热泵循环系统在运行当中不会对环境造成破坏。

（四）地源热泵应用的注意事项
1、地源热泵在暖通空调设计中的运用要因地制宜
将地源热泵运用到暖通空调设计中具有很大的技术优势，但是在实际使用过
程中，地源热泵的设计却会受到客观环境的诸多限制，因此地源热泵在暖通空调
设计中的运用应当是因地制宜的。

当大地夏季储存的热能不足，无法满足建筑物
的冬季供暖时，系统设计就要增加制热装置来增加热能，使热能满足相关规定的
要求，当大地冬季储存的冷能量不足，无法满足建筑物的夏季制冷需求时，系统
设计就要增加冷却装置，以满足人们的使用需求。

2、正确选择与地源热泵类型相适应的机组
目前，市面上的机组类型繁多，也缺乏统一的规范与管理，因此在暖通空调设计中要根据地源热泵的类型来挑选合适的机组，同时，地源热泵对机组的能效比与性能系数有着很高的要求，而且各个厂家生产的机组，其能效比和性能系数可能存在不同，因此设计者必须根据地源热泵的使用要求选择正确的能效比和性能系数。

结语
综上，从事设计的相关人员在对建筑进行设计时对暖通空调的设计必须要给予足够的重视，积极响应国家节能减排号召，将地源热泵系统应用到暖通空调的设计当中，确保地源热泵系统在应用当中的有效发挥，进而实现减少对环境的破坏和促进我国建筑行业的长远发展。

参考文献
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