暖通空调设计中地源热泵的运用郑锐

暖通空调设计中地源热泵的运用郑锐

郑锐孙建利

中联西北工程设计研究院有限公司陕西省西安市710077；西安市政设计研究院有限公司陕西省西安市710077

摘要：随着我国能源紧缺与环境问题日益严重，开发浅层地热能资源，采用热泵技术解决供暖、供热和制冷问题的热潮正在我国大规模兴起，近十年来全世界每年以递增20％以上的速度在增长。它以节能比其他常规供暖技术节能50-60％，是供暖制冷领域解决污染节能问题的重要技术选择；运行费用低，可降低30-70％的优点冲击着供热和制冷市场。本文对暖通空调设计中地源热泵的运用进行分析。

关键词：暖通空调设计；地源热泵；运用

地源热泵技术是集中央空调、家庭采暖和生活热水三位一体的节能环保产品，该技术以其独特高效的节能环保效果解决能源浪费及环境污染等重大问题。地源热泵是一种高效节能空调设备。实现低温位热能向高温位热能的转移是通过少量高品位能源的输入而获得。这种新型的地源热泵技术成为能源优化战略的必然选择与发展趋势，本文就该热泵技术的工作原理、特点和在暖通空调设计中的应用作一简要介绍，暖通节能比其他常规供暖技术节能50-60％，能够显着控制供暖制冷领域的节能问题，这种技术不仅投资成本低，还能以减少30-70％的运行成本的优点在同行市场上占据优势。该热泵技术在我国未来的发展中很有前景。

1地源热泵技术的工作原理

地埋管地源热泵暖通空调系统最大的特点在于它将空调系统的热交换器埋在地下，以水源在高强度、高密封性塑料管环路中的持续、循环流动为载体，实现暖通空调与土壤进行冷热交换的目的。在夏季高温天气状况影响下，地埋管地源热泵机组能够将建筑物所吸收到的热能转移到地下存储，达到对建筑物降温的目的；在冬季低温天气状况影响下，地埋管地缘热泵系统又能够将地下土壤在夏季所储存的热能转移到建筑物内，同时将建筑物内的冷量转移到地下储存，达到为建筑物供暖的目的。作为自然界的现象，热量也总是从高温流向低温。采用热泵可以把热量从低温运送到高温.热泵实质上是一种热量提升装置.环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的1/3或更低，这也是热泵的节能特点.根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、和节流阀组成，还应有起到输送能量的循环工质.作为地源热泵，与传统的蒸汽压缩制冷不同的是地源热泵制冷省略了庞大的冷凝设备。

2地源热泵的优点

按热泵驱动的形式，可把常见的热泵分为四种：机械压缩式热泵；吸收式热泵；蒸汽喷射式热泵；热电热泵。地源热泵存在以下优点：第一，不向建筑外大气环境排放废冷或废热，有利于环保；第二，室外换热器埋在地下，不存在冬季除霜问题；第三，不影响建筑外立面的美观；第四，全年土壤温度波动小且数值相对稳定。夏季土壤中的温度低于气候条件下的地面空气温度，冬季土壤中温度高于对应气候条件下的地面空气温度。理论上讲，降低冷凝温度和提高蒸发温度都可提高循环效率，达到节能的效果；第五，在室外空气温度处于极端状态时，用户对能源需求量处于高峰期。而由于土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，和空气热源相比，在相同的条件下，它可以分别提高夏季或冬季的供冷量或供热量；第六，利用土壤的蓄热能力，将夏季空调房间中的热量排人土壤中，冬季供暖时取用。将冬季供暖房间中的冷量排入土壤中，夏季制冷时取用，可满足冬夏两季供暖与制冷的需求，而且不会对大气环境造成热污染及噪声污染。

3地源热泵系统分析

3.1地表水地源热泵系统分析

地表水地源热泵系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水，且由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器，与土壤热交换地源热泵一样，它们被连接到建筑物中，并且在北方地区需要进行防冻处理。地表水地源热泵系统它的优点是系统简便易行，初投资较低。缺点是地表水地源热泵系统也受到自然条件的限制。此外，由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，环境温度越低热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷并与其面积、深度和温度等多种因素有关，需要根据具体情况进行计算，这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。

3.2对地下水热泵进行分析

在当前某些使用地区，地下水热泵应用范围较为广泛，下面就分析其工作的原理，地下水热泵的热源来自地下深井水，深水井的温度比较稳定，在夏季深水井比较凉，因此有很好的制冷效果，而在冬季深水井的井水比较热，因此可以存储热能，在冬季为建筑供暖。在进行地下深井设计过程中，其井水都是在地层里面，而且深度不时很深，在这个深度范围内，深井水的水温基本不会发生什么变化，由于深水井有这些优势，地下深井水可以为建筑提供热源，而且还非常有利于热泵的运行。对于地下水热泵而言，其在实际应用中有下列几个优点，第一点，该地下水热泵占地面积非常小，并且在地下布局很严谨，工作效率较高。不仅如此，虽然其占地面积小，但是在抽取地下水，或者进行回灌的时候，却不会受到占地面积小的影响。总而言之，地下水热泵布局严密，水井系统工作稳定，而且工作效率高。第二点，地下水热泵的运行成本低，对于大型地下水热泵系统而言，在单位容量范围内，其运行的成本要比其他系统低很多，工作中只需要一个流量较高的井就能满足整个暖通空调系统的正常运行。第三点，该系统不需要太高的维护成本，对附近环境没有影响，再加上设计合理的地下水热泵循环系统，就能有效保证该系统安全、高效、稳定的运行，除此之外，如果条件允许，还不用进行日常的维护，这样也能节省大量的维护费用。另一方面，利用地下水回灌，不会影响地层的实际含水量，进而不会像其他系统那样对地下水热泵循环系统造成的影响。当然，这都取决于使用地区良好的水质条件及丰富的水源环境。

3.3土壤源热泵

土壤源热泵是利用地下岩土层中热量进行闭路循环的热泵系统。热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在密闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。冬季供热时，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土层中。

结束语：

当今人们的生活条件逐步提高，人们也开始追求更舒适的居住环境，其中就包括对室内温度的要求。寒冷的冬天中，在室内获得温暖的舒适感驱使了暖通空调系统的不断进步。为此，我国在建筑设计中设计出一种地源热泵的方法，利用地源热泵和一些有机物质的结合，这种方法不仅能够为房屋提供充足的热量，而且不会对周围的环境造成污染。地源热泵的应用在供暖地区将会得到大力的推广。

参考文献：

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