浅论地源热泵在暖通空调设计中的应用

浅论地源热泵在暖通空调设计中的应用

何佩佩

广东明之运实业发展有限公司广东省广州市510000

摘要：现代化建筑施工中，人们的环保意识有所提高，在暖通空调系统设计中为了节约能源、降低能耗，试着采用地源热泵技术。基于此，本文以地源热泵技术作为研究对象，分析地源热泵技术原理与特点，分别从大地耦合热泵、地下水热泵等方面阐述地源热泵在暖通空调系统设计中的实践与应用。

关键词：地源热泵；暖通空调；系统设计

引言：传统建筑施工中，人们采用电力能源作为暖通空调系统的动力能源，随着人们环保意识的提高，由于暖通空调系统耗费电能巨大，人们将地源热泵应用于系统设计中。地源热泵技术以可再生能源为主，实现了暖通空调的供暖与降温功能，有效节约能源，维护地球生态平衡，并为居住者提供了良好的舒适度。

1.地源热泵技术

1.1技术原理

暖通空调系统中，地源热泵水源来源包含地表水、地下水以及地埋管。地埋管式地源热泵将大地与暖通空调系统进行连接，在介质的帮助下实现传热功能，其组成结构包含地埋管与换热器。布置换热器时可以选择垂直或水平布置方式，垂直布置时需要应用灌浆材料埋设完成后需要对其加以填实，管道埋设后形状呈U形。图（1）为地源热泵系统工作模式，地源热泵技术原理在于夏季室内温度高时，暖通空调系统可以将多出来的热量传给大地，冬季供暖时继续使用，系统可以收集建筑物的热量，降低室内温度。冬季来临时，地源热泵系统可以将提前收集的热量传回建筑物，为室内带来供暖[1]。

图1地源热泵系统工作模式

1.2技术特点

地源热泵的技术特点，具体如下：（1）充分利用可再生能源。在暖通空调系统设计中应用地源热泵，依赖可再生能源实现室内的有效供暖。（2）环保节能。地源热泵技术拥有环保节能优势，可再生能源利用后，改变了传统空调系统应用电力能源的方式，降低能耗量，降低对生态环境的污染。（3）系统维护成本较低。应用地源热泵时，所有的构件可以安装在室内，或埋入地下，构件耐久程度高，机组运行时自动化程度高，有利于降低后期设备维护的费用。

2.地源热泵在暖通空调设计中的应用

2.1大地耦合热泵

在现代建筑施工暖通空调系统设计中应用地源热泵时，需要使用大地耦合热泵。大地热泵可以为系统带来更多来自地表土壤的能源，分析大地耦合热泵的实际应用，具体如下：（1）大地耦合热泵对土壤温度变化影响小，与其他介质相比，土壤不会受到温度或湿度的影响。土壤属于蓄冷蓄热物质，可以成为热源，为地源热泵带来热量，因此，人们经常将太阳能集热装置与大地耦合热泵搭配应用，提高能源的使用效率，确保地源热泵在暖通空调系统中高效运行。（2）与其他地源热泵相比，大地耦合热泵更具有环保功能。土壤可以代替传统的锅炉与冷却塔，降低能源消耗量，有利于保护周围生态环境，降低对环境造成的污染。（3）大地耦合热泵运行时稳定性较高。系统装置被埋入地下，无论是冬季还是夏季，都不会对设备造成影响，即使是寒冷的北方冬季也无需对装置进行除霜处理[2]。

2.2地下水热泵

地下水热泵是地源热泵系统应用中常见的热泵技术，地下深井中的水可以为系统提供足够的热源，实现暖通空调夏季制冷与冬季供暖。采用地下水热泵时，人们从地层中建立深井，开采深井水作为系统的水源来源，水的温度不会因外界环境而变化。分析地下水热泵的技术优势，探究其实际应用，具体如下：（1）与其他地源热泵相比，地下水热泵占地面积小，设计人员考虑到水井系统的设计问题，不管是地下水回灌或抽取，都不会影响热泵占地面积。（2）应用地下水热泵可以降低地源热泵技术的应用成本，系统维护方便，不会影响生态环境。建筑内暖通空调系统中，地下水热泵可以让水进行循环，实现水资源的高效利用，地下水回灌时，地下含水量不会改变。

2.3地源热泵暖通空调设计方案

2.3.1地埋管换热器

埋设换热器时，需要综合考虑换热器的有效设计，按照暖通空调系统平面设计图进行钻井分布。不仅如此，设计人员还需要根据建筑实际规模确定地埋管的长度和实际钻井数量。施工中，针对钻井井深了解系统的换热能力，准确计算钻孔的换热量，按照施工区域完成地源热泵性能测试。钻孔数量计算公式为：，其中N表示为钻孔数量，Q为地埋管的热负荷，q代表钻孔深入换热情况，H为钻孔的深度。

根据钻孔数量计算结果进行分析，对井深情况与埋深数据加以确定，将分水器布置在制冷机房中，合理控制钻井方案，建议使用梅花状完成钻井的有效布置。此外，建议施工人员充分利用周围绿化带，使分水器与支路总管相连，合理控制水压，保证水压处于平衡状态。

2.3.2热水回收系统

对于暖通空调系统来说，热回收技术尤为关键。合理设计热回收系统可以有效利用废热资源，改善空调热污染现状，与传统的锅炉加热方式相比，热水回收系统能够降低总功耗，达到高效节能的作用，并在一定程度上缓解地热不平衡现象。损失的地热被弥补，并通过热水回收系统传回地下，实现地热的补偿作用。不仅如此，热水回收系统能够将回收得到的热量给冷水加热，完成冷水热量，降低系统能源消耗。

2.3.3冷却塔运行策略

地源热泵系统能够将多余的热量引入，弥补暖通空调系统中地热损失，但是弥补的效果不显著。为了让地热可以平衡，建议使用辅助设备作为冷源来弥补地热，常见的辅助冷源设备有冷却塔，将其应用在暖通空调系统地源热泵设计中，要求设计人员结合实际情况选择相应的冷却塔，并对冷却塔容量加以计算。冷却塔设备属于环路液体，呈干式闭环状态。应用冷却塔时，建议选择供冷月度，干球温度可以作为空调系统设计条件。此外，对冷却塔实施启停策略，根据建筑的冷负荷情况采取先进的启停策略，保证地表浅层土壤的散热质量，促进其温度区域平衡状态下。制冷高峰期来临时，冷却塔与地源热泵共同运行，如果冷却塔运行效率高，建议将地源热泵关闭，让冷却塔独自运行，减少地源热泵工作时间，降低地源热泵系统的负荷。

总结：总而言之，将地源热泵技术应用于暖通空调系统设计中，可以有效发挥可再生能源的作用，实现系统的供暖降温目的，为室内带来夏季降温、冬季供暖效果。作为重要的节能环保技术，地源热泵技术的应用还需要进一步加深，从而推动暖通空调设备的革新，使其发挥更显著的节能效果。

参考文献：

[1]李海东.浅析地源热泵技术在暖通空调节能中的应用[J].科技经济导刊,2019,27(05):75.

[2]张春雨.地源热泵技术在暖通空调节能中的运用分析[J].智能城市,2018,4(11):159-160.