暖通空调设计中地源热泵的应用

张小芳

深圳市极水实业有限公司，广东深圳 518057

现代生活逐渐向舒适靠近，空调机也逐渐走入了我们的生活，同时我们无论在生活中还是在生产中也越来越依赖空调，但是由此带来的能源浪费也值得我们的关注。再加上地球上可以利用的资源日渐减少，环保节能逐渐成为现代生活、生产设计的主题。地源热泵具有热源稳定、再生能源、良好的安全性、环保、节约资源等优点，被暖通空调设计者青睐，成为我国暖通空调设计中的一种发展趋势。地源热泵技术不可避免地指引暖通空调设计的发展，慢慢取代了传统的空调系统设计。结合我国目前的可利用资源的实际情况，地源热泵在暖通空调中充分发挥了优势，不仅仅提供了暖通空调的设计质量，而且还减少了能源开支。

1 地源热泵系统的含义

所谓的地源热泵，即将传统空调系统中的蒸发器或者冷凝器埋入地下，其与大地热交换的过程中，或者中间介质在封闭的环路中经过大地进行循环流动，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，实现与大地的热交换的方式达到空气调节的目的。也就是说，地源热泵的热能主要依靠大地，从这个角度来看，就大大减少了能源的消耗。这种地源热泵运用到暖通空调设计当中，在现代能源缺乏的情况下，很值得广泛应用。

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；另一方面，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[2]。就像自然现象一样，水往低处流，热能也是向低温的地方传导，但是我们可以创造水泵使水往高处流，同样我们也可以创造热泵使得热能向高温处传导，因此热泵属于提高温度的一种新型系统。

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就是节约能源和保护环境，现在笔者将从以下几个方面介绍它的优势，促进它的推广：1）一般使用暖通空调的都是北方地区，温度较低，地源热泵是长期埋在地下的，不仅仅不会有损建筑物的美观，而且还不用担心雪霜覆盖容易损坏系统；2）地源热泵在暖通空调中的使用，与传统的空调不一样，不排放废气废水，减少对居民身体健康的影响和环境的污染；3）在环境介质中，大地的温度变化是相对较小的。冬天时候大地的温度往往比室内温度高，而夏天的时候却相反，地源热泵利用了这个特点，提高了热能的利用效率，促进能源的充分使用。（4）大地具有储存热能和冷能的功能，可以把夏天的高热能储存在大地当中，以便冬天的时候使用；另外还可以把冬天的冷能量也储存到大地当中，以便夏天的时候使用。地源热泵利用大地这个功能，可以同时满足两个季节的对空调的要求，既不污染环境，又可以提高能源的利用率。

2 暖通空调设计中的应用

虽然暖通空调设计中应用地源热泵具有很大的优势，但是地源热泵的设计往往容易受到客观环境的限制，无法适合所有的系统设计。正如：某市的城北小区建设工程，建筑面积为70000m2，地下90 米之内主要是含有砂土，由于砂土的钻孔开支较少，比较适合使用开放式地源热泵系统，而不适合采用水环地源热泵系统。上述案例可见，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

在大地热能不足以保证冬季取暖时，系统设计要增设特制热的装置来增加热能，达到相关规定，满足热量的需求。而冬季储存的冷能也不能满足夏季制冷需求时，系统设计就得增加冷却装置。但是增加设备的同时也会增加经济负担，因此需要经过计算才能确定采用地源热泵技术是否合理。比如：某酒店建筑物的总面积大约为20000 平方米，整改之前的装置主要由冷却设备和燃煤设备组成，这种装置较落后、工作效率较低，跟不上现代空调设计的脚步。在2007 年该装置应用了地源热泵，满足了把夏天的高热能储存在大地当中，以便冬天的时候使用；另外还可以把冬天的冷能量也储存到大地当中，以便夏天的时候使用，减少空调设计的负荷，减少对城市环境的污染[3]。像这种都不满足热能和冷能的需求，且温度差距很大时，可以考虑使用埋管的方法，系统只需增设冷却装置即可，操作相对于方便，经济负担也降低了。

2.2 正确选择机组

机组的正确选择，就是要求机组要和地源热泵的类型适应。目前市场上的机组五花八门，各种类型的都有，而且没有统一的规范，因此，在挑选机组时应该注意此次工程地源热泵的类型适合何种机组。比如工程应用的是开放式地源热泵空调设计方法，但是采购了水环热泵系统的机组，就会导致夏天不可以正常使用。

2.3 能效比与性能系数的选择

在暖通空调设计当中有效的应用地源热泵，对机组的能效比和性能系数有相当严格的要求。每个厂家生产的机组能效比和性能系数都有可能不一样，因此设计者在选择时需注意。正如德国某个厂家生产的机组，在制热的性能系数一般在4.5 到7.2 之间，而在制冷时小的只有0.65 吨，大的有30 吨，相差较大 。由于厂家的测定条件不一样，得出的值也会有偏差，另外根据工程进行的情况不一样要求的值也会不一样。

2.4 抽水井、回灌井的选择

保证暖通空调设计的正常运行，关键是抽水井和回灌井的选择，对其要求既要保证地源热泵的正确应用，又要减少能源的浪费。根据暖通空调设计的相关规定，要求抽水井和回灌井的井深平均为100 米，自由升降度为7 米左右，抽水量在95m3/h 左右，回灌水量在48m3/h 左右，静止水位平均约为地下32m，动水位平均约为地下 38m。

2.5 控制系统

控制系统分别为热泵机组的自动控制系统、水池的控制系统和井群控制系统，控制系统的个组成部分都各司其职。比如热泵机组的自动控制系统主要职责是通过自动化装置对暖通空调进行制冷制热的有效控制，减少人为的工作量；水池的控制系统主要是根据水位的高低来确定是否需要开启深井盖；井群控制系统主要是负责对此系统进行分组管理，促进控制系统发挥其作用。

3 结论

目前，地源热泵在暖通空调设计中的使用已经得到的我国空调设计者的认可，而且地源热泵具有热源稳定、再生能源、良好的安全性、环保、节约资源等特点，逐渐取代了传统的空调设计。所以，地源热泵对指引暖通空调设计具有重大的意义，成为暖通空调设计的一个重要发展趋势。另外，由于地源热泵能量的来源主要依靠大地，在此基础上减少了能源的开发和浪费，并且与传统的空调设计相比未带来环境污染，体现了我国的可持续发展战略，与环保节能的主题相适应。但是，在采用地源热泵技术时要与暖通空调的设计类型相适应，才能促进暖通空调设计中地源热泵的应用。

[1]罗迎宾，梁路军，季柳金，等.地源热泵在水产养殖恒温系统中的应用研究[J].现中国建设信息供热制冷，2010，19(1)；622-623.

[2]胡滨.暖通空调设计中地源热泵的应用[J].城市建设理论研究，2011，19(19)；42-45.

[3]邵明亮.地源热泵在建筑空调设计中的应用分析[J].科技致富向导，2010，24(30)；619-620.

[4]张凯，黄艳秋.浅谈暖通空调设计中地源热泵的应用[J].程式建筑研究，2012，13(33)；316-317.