暖通空调设计中地源热泵的应用分析罗浩

暖通空调设计中地源热泵的应用分析罗浩

罗浩

筑博设计股份有限公司湖北省武汉市430000

摘要：现代生活越来越接近舒适。空调正逐渐进入我们的生活。与此同时，我们在生活和生产中越来越依赖空调。然而，由此带来的能源浪费也值得我们关注。此外，地球上可用的资源正在减少，环境保护和节能正逐渐成为现代生活和生产设计的主题。地源热泵具有热源稳定、可再生能源、安全性好、环保、节约资源等优点。它受到暖通空调设计者的青睐，已成为我国暖通空调设计的发展趋势。地源热泵技术不可避免地会引导暖通空调设计的发展，并逐渐取代传统的空调系统设计。根据我国现有资源的实际情况，地源热泵在暖通空调中充分发挥了其优势。它不仅提供了暖通空调的设计质量，还降低了能耗。

关键词：暖通空调；地源热泵；应用

1地源热泵系统的含义

所谓地源热泵是将传统空调系统中的蒸发器或冷凝器埋在地下。在与地球进行热交换的过程中，或者中间介质在闭合回路中循环通过地球。空调的目的是以高强度、高密度塑料管回路中水源的连续循环流动为载体，实现与地球的热交换。也就是说，地源热泵的热能主要依赖于地球。从这个角度来看，能耗大大降低。这种地源热泵应用于暖通空调设计，在缺乏现代能源的情况下值得广泛应用。

1.1地源热泵系统的原理

地源热泵系统的原理主要表现在两个方面；一方面，在夏季高温天气的影响下，地源热泵机组可以将建筑物吸收的热能转移到地下储存库，达到冷却建筑物的目的；另一方面，在冬季低温天气的影响下，地面热泵系统可以在夏季将地下土壤中储存的热能传递给建筑，同时将建筑中的冷量传递给地下储存库，从而达到加热建筑的目的。就像自然现象一样，水向下流动，热能被传导到低温的地方。然而，我们可以制造水泵使水向上流动。同样，我们可以制造热泵将热能传导到高温场所。因此，热泵属于一种新型的升温系统。

1.2地源热泵在暖通空调设计中应用的优点

地源热泵最大的优点是节约能源和保护环境。现在，笔者将从以下几个方面介绍其优势，以促进其推广；暖通空调的第一个普遍使用是在北方地区，温度较低。地源热泵长期埋在地下，不仅不会损害建筑物的美观，也没有必要担心冰雪覆盖会容易损坏系统。第二个地源热泵在暖通空调中的使用不同于传统空调，因为它不排放废气和废水，从而减少了对居民健康和环境污染的影响。第三，在环境介质中，地球的温度变化相对较小。冬天，地球的温度通常高于室内温度，但是在夏天，地源热泵利用这一特性，提高热能利用效率，促进能量的充分利用。第四大土地具有储存热能和冷能的功能，可以在夏天储存高热能供冬天使用。此外，冬天的冷能也可以储存在地球上，以便在夏天使用。利用地球的功能，地源热泵可以同时满足两季的空调需求，不仅不会污染环境，还可以提高能源利用率。

2暖通空调设计中的应用

虽然地源热泵在暖通空调设计中的应用有很大的优势，但是地源热泵的设计往往受到客观环境的限制，并不能适用于所有的系统设计。正如；某城市北部住宅区的建设项目建筑面积为7万平方米，沙子主要包含在地下90米以内。由于在钻探砂上的花费较少，使用开放式地源热泵系统比水环地源热泵系统更合适。以上案例表明，地源热泵在暖通空调设计中的应用是因地制宜的。

2.1热能不足

当地球的热能不足以保证冬季供暖时，系统设计应该增加特殊的加热装置来增加热能，以满足相关规定和热量需求。当冬季储存的冷量不能满足夏季制冷的需求时，系统设计必须增加冷却装置。然而，设备的增加也会增加经济负担。因此，需要计算以确定使用地源热泵技术是否合理。例如，酒店建筑的总面积约为20，000平方米。整改前的设备主要由冷却设备和燃煤设备组成。这种设备落后且效率低下，无法跟上现代空调设计的步伐。2007年，该装置采用地源热泵，满足了夏季在地球上储存高热能以供冬季使用的要求。此外，冬季的冷能也可以储存在地球上，以便在夏季使用，从而减少空调设计的负荷，减少对城市环境的污染。例如，如果不满足热能和冷能的要求，并且温差很大，可以考虑埋管的方法。系统只需要增加冷却装置。操作相对方便，也减轻了经济负担。

2.2正确选择机组

单元的正确选择要求单元适应地源热泵的类型。目前，市场上有许多不同类型的单元，并且没有统一的规范。因此，在选择机组时，应注意哪种类型的地源热泵适合本项目。例如，本项目采用了开放式地源热泵空调设计方法，但是购买水环热泵系统机组会导致夏季使用不当。

2.3能效比与性能系数的选择

地源热泵在暖通空调设计中的有效应用对机组的能效比和性能系数有非常严格的要求。每个制造商生产的单元的能效比和性能系数可能不同，因此设计者在选择时应该注意它们。就像德国制造商生产的装置一样，加热的性能系数一般在4.5到7.2之间，而冷却的性能系数小的只有0.65吨，而大的只有30吨，这完全不同。因为制造商的测定条件不同，所以获得的值也会不同。此外，根据项目的条件，所需的值也会有所不同。

2.4抽水井回灌井的选择

确保暖通空调设计正常运行的关键是选择抽水井和回灌井。这方面的要求不仅是为了确保正确应用地源热泵，也是为了减少能源浪费。根据暖通空调设计的相关规定，抽水井和回灌井的平均深度为100米，自由上升和下降的程度约为7米，抽水量约为95立方米/小时，灌溉量约为48立方米/小时，平均静态水位约为地下32米，平均动态水位约为地下38米。

2.5控制系统

控制系统分别是热泵机组自动控制系统、水池控制系统和井组控制系统。控制系统的每个组件都履行自己的职责。例如，热泵机组自动控制系统的主要任务是通过自动装置有效控制暖通空调的制冷和制热，从而减少人工工作量。水池的控制系统主要根据水位确定是否需要打开深井盖。井组控制系统主要负责该系统的分组管理，促进控制系统发挥其作用。

2.6大地耦合热泵

地耦合热泵使用表面的浅层土壤作为热源或散热器。与传统空气热泵（ASHP）相比，它有许多优点；首先，与地表空气和水相比，某一深度的地下土壤全年的温度波动相对较小，加上地表空气温度的波动有所延迟和衰减。因此，在大多数情况下，它比空气更适合作为热泵装置的热源和散热器，并且可以确保系统以更高的效率运行。第二种土壤作为热源和散热器，可以完全或部分取代传统空调系统中的冷却塔和锅炉。以减少对环境的“热污染”和空气污染。第三，与空气热泵相比，地耦合热泵不存在除霜问题，并且从土壤中回收的热量不需要风扇，这可以降低系统的噪声水平。第四种土壤本身是巨大的蓄热和蓄冷体，因此土壤耦合热泵可以与太阳能集热装置结合，通过土壤的蓄热和释放获得更好的加热和冷却效果。当然，地耦合热泵也有一些缺点。

结束语

总之，我国面积广阔，浅层地热资源丰富。因地制宜采用不同形式的地源热泵技术可以有效改善低温地热资源，同时克服传统暖通空调技术的局限性和不足。这是非常有意的，具有实用价值，对于节约能源、预防和控制环境污染以及现代化城市具有重要意义。它反映了我国的可持续发展战略，适应了环境保护和节能的主题。然而，只有将地源热泵技术应用于暖通空调设计类型，才能促进地源热泵在暖通空调设计中的应用。

参考文献：

[1]韩冬瑞.地源热泵的发展与应用研究[J].现代经济信息.2017（18）

[2]王峥，孙大明.住宅中地源热泵适用性探讨[J].住宅产业.2017（Z1）