暖通空调设计中地源热泵的运用刘冬青

暖通空调设计中地源热泵的运用刘冬青

发表时间：2018-07-26T10:31:26.413Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：刘冬青[导读] 在建筑行业飞速发展的带动下，暖通空调设计成为建筑设计的重要组成部分，直接影响着室内环境的舒适度

刘冬青

天润热电设计院有限公司山东济南 250000 摘要：在建筑行业飞速发展的带动下，暖通空调设计成为建筑设计的重要组成部分，直接影响着室内环境的舒适度。对此，相关设计人员应该充分重视起来，顺应节能减排的号召，在暖通空调设计中应用地源热泵系统，在保证系统功能正常发挥的基础上，尽量减少对于环境的污染和影响，推动我国建筑行业的健康发展。本文探讨了暖通空调设计中地源热泵的应用。关键词：暖通空调设计；地源热泵；应用在建筑行业不断发展的过程中，暖通空调设计也在不断创新、不断发展，在未来，地缘热泵技术是暖通空调设计发展的必然趋势之一，这种技术在暖通空调设计中的运用不仅可以保证室内环境的温度、湿度以及舒适程度，为人们提供更高品质的居住环境，同时可以实现节能减排的目标，减少对环境的污染。

1 地源热泵在暖通空调设计中的应用优势 1.1 系统稳定性好

北方地区温度较低，使用暖通空调的频率比较高，由于低温天气的影响，暴露在建筑外部的保温系统很容易损伤，但是地源热泵却是深埋在地下的，因此受到低温天气的影响较小，系统的稳定性和耐久性也比较强，同时，深埋在地下的地源热泵也不会影响建筑的美观性。

1.2 节能环保

地源热泵的热能主要依靠大地，通过热交换来调节建筑的内部温度，将这种技术应用到暖通空调设计中一方面可以大大减少废水、废气的排放，减少对环境的破坏，一方面可以降低资源消耗，响应国家节能减排的号召。

1.3 能源的利用率高

大地具有储存热能和冷能的功能，与其他环境介质相比，大地的温度变化是比较小的，因此在夏季，大地可以将热能存储在大地中供冬季使用，在冬季时，又可以将冷能量存储在大地中供夏季使用。地源热泵充分利用了大地的这个功能，通过与大地进行热交换来调节室内温度，这样的方式不仅可以减少环境污染，还能够提高能源的利用率。

2 暖通空调设计中地源热泵的应用 2.1 大地耦合热泵

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：①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；②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；③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；④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；⑤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；⑥埋设地下管道时，其成本较高，运行故障检修难度较大；⑦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。

2.2 地表水热泵

地表水热泵系统和地下水热泵技术的原理大致相同，区别之处是，地表水热泵系统是由地表水面下方的塑料管道构成的，塑料管道通过多重并联的形式，把地表水运行过程当中产生的热量通过热交换器进行交换，这样地表水热泵系统就可以在一定情况下代替土壤热能源交换系统。

2.3 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。

2.4 污水源热泵

污水源热泵，主要是从工业污水、城市污水中提取低品位热源热量，将其转化为高品质能源，直接向住宅用户提供热、冷负荷的热泵系统。使用污水源热泵，是指利用水质稳定、温度变化小的特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空洞装置。它具有如下优点：①污水源热泵是利用污水处理厂出水量大，水质稳定，常年温度在13～25℃等特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。污水源热泵具有热量输出稳定、COP 值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径。②污水源热泵比燃煤锅炉环保，污染物的排放比空气源热泵减少40%以上，比电供热减少70%以上。它节省能源，比电锅炉加热节省2/3 以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2 以上的燃料。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50～60%。同时，它也存在一定缺陷，污垢还常常使流道表面的粗糙程度增加，引起摩擦系数和局部阻力系数的增加，这必然要引起整个换热器的流动阻力压降增大，故泵消耗的功率增加。所以在污水源热泵系统中换热器的设计、使用中，如何防垢、抑垢、除垢是非常重要的。

3 地源热泵应用的注意事项

3.1 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。

3.2 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。如果机组类型或者机组的能效比与性能系数与地源热泵类型不相适应，就会影响地源热泵系统的正常使用，影响建筑物的冬季供暖和夏季制冷。

3.3 控制系统的合理管控

地源热泵的控制系统主要有三个：①热泵机组的自动控制系统。这个系统主要借助自动化装置进行制冷以及制热的合理调配，不需要人工操作；②水池的控制系统。这个系统的调控依据是水位的高低，当水位达到一定高度时，系统会开启或者关闭深井盖；③井群控制系统。这个系统主要进行分组管理，并促进其他控制系统控制能力的正常发挥。

总之，根据实际情况应用不同形式的地源热泵技术能够很好的提高低温地热资源，并且可以克服传统热泵空调技术的存在的局限问题，可以说，是非常具有一定的实用价值。

参考文献

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