地源热泵技术在暖通工程中的优化设计应用

地源热泵技术在暖通工程中的优化设计应用

段昕彤

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山东志远暖通科技有限公司255000

摘要：如今空调的使用已经十分广泛。人们可以不受天气影响，通过空调控制室内温度，在一定程度上提高了居民的舒适度和生产效率。但与此同时，空调的大量使用却给自然环境造成了极大的破坏，而且消耗了大量能源，因此要实现城市建设的可持续发展，空调设计者就必须不断创新，设计出低能耗、环保安全的新型空调。地源热泵具有节能减排、环境友好的特性，在一定程度上节约了建筑资源，具有良好的环境效益和经济效益，因此，近几年地源热泵逐渐被暖通空调设计者重视起来。

关键词：地源热泵技术；暖通工程；优化设计；应用

暖通工程作为建筑领域中应用日益普遍的一项系统工程，在施工建设中常常需要通过对可再生能源的综合应用，促进其节能效果与水平的提升。除重视对太阳能、风能的合理应用以外，还需要围绕地热能源进行科学化设计，借助对地源热泵技术的应用，使其相关性能优势在暖通工程系统中得到充分发挥。

1地源热泵技术概述

暖通工程系统建设中所应用的地源热泵技术是指自一系列低水平热源材料中获取能量，并在水源热泵机组、建筑内部系统以及地热能交换系统的作用下转换为可供暖通空调系统所使用的一种能源提取与转换系统。受能源交换方式特殊性的影响，当前技术条件支持下的地源热泵系统技术可以按照地埋管式、地表水式以及地下水式等进行划分。但无论其系统表现形式如何，在暖通工程系统实践应用中，地源热泵技术均表现出了以下几个方面的应用特点与优势：（1）清洁性。在地源热泵系统技术的应用过程当中，借助于电能将地下热量或者地表热量转换为暖通工程空调系统运行所需的能源，并面向其提供能源支持。整个操作过程不涉及到能源燃烧或放热的情形，因此不会对周边环境产生较大污染与不良影响。更加关键的一点是，在地源热泵技术的干预下，省去了传统意义上建筑暖通工程外部挂机的设置，因此这种技术在实际应用期间污染较小，具有良好的清洁性。（2）能效性。在当前技术条件支持下，地源热泵技术已经发展形成了一套较为完善的工作体系，作用于暖通空调系统工程中对提升其能源利用效率是非常关键的。尤其对于平均气温较低的冬季，应用地源热泵技术能够使建筑室内温度维持在12～22℃的适宜区间范围内，供热期间能源可循环使用，这对于促进系统能效水平提升，控制能源损耗有重要意义。（3）经济性。首先，从供热角度上来说，地源热泵技术供热功能的实现需要在很大程度上依赖于电能的持续性供应，因此能源消耗水平偏低，所投入经济成本较少，具有突出的经济性优势。除此以外，从暖通空调系统工程冷却角度上来说，相较于传统意义上的空调冷却系统，基于地源热泵技术所产生的冷却温度明显更低，制冷、供热费用较原系统下降30%。

2源热泵技术在暖通工程中的优化设计应用

2.1暖通空调设计原则

要将地源热泵应用于暖通空调设计，就必须首先了解设计原则。考虑到空调和各个行业在建筑中的广泛应用，以实现低能耗和环保，暖通空调设计必须在保持功能的同时节能、减少污染。目前暖通空调的生产和应用主要遵循节能的原则。但由于其低能耗，很好的满足了省电要求。在这种情况下，地热源热泵的运行能量主要来自电能，交换介质主要是水。能源交换主要采用天然气能源，基本零污染，符合环保要求。研究发现，地热源热泵的能耗与制冷效果的关系可达1∶4，能以较少的能量维持适宜的室温环境。

2.2连接地源热泵与冷却塔

热泵地下设备与冷却塔的连接，主要是为了满足夏季的降温需要，传统的地源热泵原理是以水为介质，通过压缩冷凝器吸收室内热量，接着排放到土里，也可以把地下设备和冷却塔连接起来，热被直接送到冷却塔，通过冷却塔冷却，使热量以空气为介质直接用于室内降温，防止热能进入土壤，影响生态环境。另外，北方、西北地区等地区风力较大，利用风力作为冷却塔的动力，可确保冷却过程中所消耗的热量较少，达到节能、减少污染的目的，这种设计思想已在小范围内得到了实践和应用。

2.3热泵机组与空调设备的连接

连接空调和热泵是将地热源热泵连接到暖通空调的最简单、最直接的方式，可以替代空调、制冷、采暖等热泵机组。这种接线方法的关键是根据空调设备所需的管道连接不同的热泵管道。例如，冷风管连接到制冷机组时。要注意空调和热泵机组的功率差，如果空调功率大，可适当增加地热源热泵的用量，适当降低热泵的工作量，避免室温高或低。

2.4连接空调设备和热回收机组

热回收装置是一种储存多余热量的装置，主要用于夏季室内温度，通过空气或水收集热能，通过管道传递热量。储存在备用热源或热回收设备上。同时，在寒冷的日子里也可以使用。连接空调时，可以通过空调调节室内温度，减少空调的热量消耗。此外，该工艺的难点之一是余热的合理利用和热回收装置的储存。对于热功能，目前可用的材料具有高比热容和高蓄热性能，如，复合材料、液体材料。

2.5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。

3地源热泵技术在暖通空调中的应用

3.1大地耦合热泵

（1）土壤温度变化对大地耦合热泵系统影响不大。由于土壤是储存热量和热量的材料，不受温度和湿度的影响，可以作为热源向地源热泵传递热量，为此，人们常把土壤耦合热泵技术与太阳能集热器结合起来，在暖通系统中，土壤源热泵可以有效地提高能源利用率，确保其高效运行。（2）与其他地源热泵相比，地源热泵更环保，可以替代传统的锅炉和冷却塔，保护周围生态环境，降低能耗，减少环境污染。（3）土壤耦合热泵运行稳定。无论是冬天还是夏天，这个系统装置都埋在地下，对设备没有影响。即使在北方寒冷的冬天，也不需要给设备除霜。

3.2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。

3.3污水源热泵

所谓污水源热泵，主要是在城市或者工业污水中提取热源，从而通过转化的过程让其成为更高品质的能源，为人们提供热量。污水源热泵的特点在于温度变化幅度较小且水质较为稳定，其优点主要包括这样两个方面：首先，其水质温度常年处于13～25℃，具有输出热量稳定以及COP值高的优势；其次，污水源热泵对于污染的排放要更低，并能够节省更多的能源，因为这种热源温度更加稳定，所以无论是制冷还是制热的系数都要高于传统源热泵。

4结语

暖通空调工程是当前建筑领域非常核心的系统配件之一，加强对其设计工作的重视，严格贯彻落实节能减排工作理念，对地源热泵技术进行合理且高效的应用，能够在确保系统运转正常的前提条件下，最大限度减轻暖通空调系统运行对生态环境所产生的不良影响，对整个建筑行业领域的可持续性发展是非常有利的。

参考文献

[1]罗新立.地源热泵系统在建筑工程中的安装技术研究[J].工程技术研究，2020，05（16）：56-57.

[2]屈高阳.地源热泵技术在建筑工程暖通领域中的运用探析[J].建筑与装饰，2019（16）：153-154.