暖通空调设计中地源热泵的应用研究

暖通空调设计中地源热泵的应用研究

赵飞

上海市建设工程监理咨询有限公司深圳分公司 广东省深圳市 518000

摘要：随着社会经济的发展，我国的工程建设越来越多，对暖通空调的应用也越来越广泛。现阶段，空调已经成为城市中每家每户必不可少的生活电器，与此同时，也给环境带来了巨大的负载压力，因此节能减排在城市可持续发展中显得格外重要。基于地源热泵安全稳定、节能环保的特点，文章首先分析了地源热泵的概念，其次探讨了地源热泵的劣势，最后就地源热泵在暖通空调设计中的应用进行研究，以供参考。

关键词：地源热泵;暖通空调设计;应用价值

引言

作为一种广泛应用的节能减碳技术，热泵技术将在中低温用热领域发挥重要作用，但是现有文献针对热泵减碳效益的定量分析较少。为分析热泵技术在建筑、工业和农业等行业中的减碳潜力，推动热泵发展，助力碳中和。建筑中的暖通空调是建筑行业的基础设施，不仅可以为人们提供舒适方便的生活条件，而且还可以很大程度上减少能源浪费，更有利于新型清洁能源的推广应用。

1地源热泵的概念阐述

地源热泵是一种利用可再生能源供暖制冷的节能技术，近年逐步推广应用。而针对气候特点或建筑功能要求所导致建筑冷负荷需求远大于热负荷需求的情况，单独采用地源热泵系统则难以满足要求。例如，若地源热泵系统仅考虑承担全部热负荷需求，则地埋换热孔数量及机房设备均不够承担全部建筑冷负荷的要求；若地源热泵系统依据可承担全部冷负荷的条件进行布置，虽能满足系统全部供冷供热需求，但由于一个供冷季加一个供暖季循环的累计冷负荷远大于累计热负荷，即地源热泵系统全年向土壤排热的总量远大于向土壤取热的总量，因此长期运行过程中将出现土壤冷热失衡问题，产生“热堆积”现象，导致系统运行效率下降，甚至导致系统瘫痪。因此，对于以上情况建议采用地源热泵+冷水机组辅冷系统的复合能源耦合形式承担建筑冷热负荷需求。

2地源热泵的劣势分析

从目前的情况来看，我国的森林植被遭到了严重的破坏，同时也存在着随意排放废物废水的情况，从而导致植被和树木数量大幅度降低，土壤特性也受到了负面的影响。地源热泵的应用有着很高的土壤要求，可以说土壤所具备的性质会对地源热泵所发挥出的性能带来直接的影响。那么作为工作人员，在对地源热泵进行应用的过程中，必须对土质、气候、土壤湿热等情况进行掌握，以此为基础来对地源热泵进行应用才能够让人们更加舒适。与此同时，在多种不同的负荷条件之下，并未深入的去探究地下换热系统与热泵装置之间的配合，地热技术主要采用的是热能换热装置，重点关注的是换热装置与热泵系统之间的匹配程度。与线源传热不同的是，热泵系统与换热装置的匹配更加关注传热和传质的模型，能够对换热情况进行精准的模拟。对于地质情况的不同，所使用的地源技术也有所区别，地源工程的投入有着很大的差价，如果在前期没有做好调查工作，或者没有对技术方案进行深入的分析，那么就可能出现问题。另外，热泵这一技术需要和其他技术之间的合作发挥功率，需要工作人员能够同时掌握多种技术，这样才能够做到技术应用的协调，确保其具备足够的经济性和技术性。

3地源热泵在暖通空调设计中的应用

3.1压缩机技术

①新型压缩技术开发及压缩机性能提升，通过提高制造质量、优化设计参数，有望将其性能提升10%以上；②促进压缩机技术与其他学科前沿成果的融合，如永磁电动机、变频技术的应用；③研发无油压缩机，解决压缩机油供应不及时导致压缩机产能不足的现象；④压缩机与热泵整机匹配，实现整机能效提升；☆压缩机国产化，加大研发力度，扩大自主研发生产压缩机范围，巩固热泵制造技术安全。

3.2地下水地源热泵系统

目前应用中的地下水地源热泵系统主要是指能够与地下水进行热量交换的地热能交换系统，具体由三个部分组成，分别是室外地热能交换系统、水源热泵机组和建筑物内系统。其系统类型大致可分为直流式、同井回灌式，异井回灌三种形式。通常情况下，地下水温度在 25℃以下，而夏季室外空气温度大多数时间在 25℃以上，冬季室外空气温度大部分时间低于 25℃，这就存在较大的热容量，能相对轻松地实现热能由低品位向高品位的转移，因此夏季能够用于室内降温，冬季又可用于室内采暖。地下水地源热泵系统主要运用深层地下水作为主要水资源，加之地下水显著的恒温效果，使地下水地源热泵的能效性明显提高，从而减少电能的浪费，有着相对较高的经济效益，因此地下水地源热泵相对而言性价比较高。地下水地源热泵示意图如图1所示。

图1 地下水地源热泵示意图

3.3机组双重条件控制

除常用的温差/温度控制法判定机组加减载标志外，增加机组电流百分比控制法，避免回水温度达到加载（减载）的要求，但机组并未完全出力（完全卸载）的情况。即：当系统监测到地源热泵回水温度达到加载设定值要求且监测到机组电流百分比大于95%并维持一定时间后，系统进入加机状态；当系统监测到地源热泵回水温度达到减载设定值要求且监测到运行机组的平均电流百分比小于50%并维持一段时间后，系统进入减机状态。

3.4热泵与蓄热技术结合

未来可再生电力规模增大，但是可再生电力波动性明显，电力供需源随荷变机动性差。热泵与蓄热技术结合可利用谷电产生热量并蓄存，帮助电力系统调峰，同时降低供热运行费用；另外，各类余热或自然热源均具有波动性或季节差异性，将热泵与蓄热技术结合，稳定性和经济性也将得到提升。蓄热技术的发展及与热泵结合的方式、运行调控、可靠性和经济性等均是发展关键。

3.5地下水热泵

地下深井供水可以为系统提供足够的热源，实现夏季暖通制冷，冬季供暖。地源热泵系统经常采用热泵技术。水温不受外界环境影响，所以系统水源主要采用地下井水。下面分析地下水热泵技术的优点，并讨论其实际应用。(1)与其他地源热泵相比，无论是地下水回灌还是抽水，占用空间都很小，没有一种对其占地面积有影响。(2)地下水源热泵技术可以降低地源热泵技术的使用成本，系统维护方便，不破坏生态环境。在建筑物暖通空调的应用中，采用地下水热泵对水资源进行回收利用，但灌溉过程中地下水含量保持不变。

3.6智能化设计

将地源热泵应用于暖通空调设计已经成为一种趋势，通过智能化设计，可以提高相关技术的应用效果。智能化主要体现在暖通空调集成控制系统中。简而言之，通过在暖通空调系统中增加智能模块来调节室内温度，同时控制地源热泵与能量输送相关的工作。比如，当室内温度达到合适的温度时，供暖运行会自动停止，温度过低或过高都会自动报警，以保证资源的合理利用，方便人员操作。

结语

总体而言，地源热泵因其高效节能的特点和良好的经济效益，在暖通空调中设计中的应用前景是十分广阔的。其具体的工作原理在技术方面也有强有力的科学理论依据作为支撑。合理应用地源热泵技术，可在促进系统正常运转的基础上减少其对环境带来的污染，并以此推动建筑行业的持续发展。但是就目前而言，地源热泵在暖通空调中的实际应用还没有完全流行起来，希望今后相关设计工作者能不断突破，早日实现地源热泵空调在普通居民住宅中的普及使用。

参考文献

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