地源热泵原理在空调节能方面的研究

李荣平

（中国船舶重工集团公司第七一六研究所 江苏连云港 222061）

随着我国社会经济的发展，居民生活质量的提高，采暖和空调的使用已经占据建筑总体消耗的一半以上，在夏季天气比较热的时候，很多电网的用电高峰期的负荷强度大约有1/3左右是用在空调的制冷方面，导致很多地方的用电状况比较紧张。这就使得研究人员开始重视地源热泵技术在空调节能方面的应用，因为其不会受到气候因素或者地域因素的限制，比传统的能源更加的及节能、高效。

1 地源热泵原理在空调节能方面的作用

地源热泵系统主要是根据地下的岩土当作一个稳定的蓄热体，能够把地下浅层的资源和热能，通过高位能源把低温位能转移到高温位能，从而实现冬季取暖、夏季制冷的目的，具备非常大的社会效益以及经济效益，属于一项“绿色空调技术”。

1.1 社会效益

纵观我国的传统能源结构主要是依照矿物作为燃料，尤其是煤炭，更是我国能源结构的重要组成部分。矿物炭烧导致很多污染物的产生，这是地球温室效应产生的重要原因。在空调节能方面应用地源热泵原理，能够非常有效的减少传统供热以及空调对于大气的污染程度，属于一项于国于民都有利的绿色工程。

1.2 经济效益

对于地源热泵系统来说，能够实现对整个建筑物的供热以及制冷，还能提供相应的生活用水，可以达到一机多用的效果。一套地源热泵系统能够取代传统的锅炉以及制冷机等两套系统和装置。当系统比较紧凑的情况下，就可以不用再使用锅炉房以及冷却塔，很大程度上节省了建筑空间，还能实现建筑的美观、大方。依据以前建筑项目的经验可以看出，地源热泵的运行费用不高，其应用所增加的投资在五年到十年的期限能一般都能收回。在整个应用周期内，地源热泵的平均使用费用要比传统的空调系统低很多。事实上，地源热泵空调系统其经济性跟多种因素相关，地区不同、地质条件不同、能源结构的不同可以影响其经济性。

2 地源热泵在空调节能方面中的运用

地源热泵空调设计属于一个相对比较完整的系统，专业化和科学化的设计能够保证空调系统的舒适性。要想体现中工程中空调的节能以及工程的时尚性，最关键的部分就是要把握好设计方面的因素、施工方面的因素以及运行和调试方面的因素，其中比较关键的环节当属设计。

2.1 建筑物系统的勘察

当决定实施地源热泵的形式之前，就要对整个工程现场施工的资料进行掌握，也就是现场的勘测工作。首先，要对建筑物的设计文件进行仔细的了解，其次是对水文地质方面的勘察。对于整个土壤地源热泵管地热交换器来说，只要挖一个大约3～5m的坑基本就能实现，要了解靠近地表处的图纸中是不是存在巨石。而应用垂直样式的地热交换器，需要钻深孔，要记录好相应的格式。

2.2 地下岩土热物性参数的检测

地源热泵土壤换热器运用中的一个非常重要的依据就是地下岩土的热物性能的参数，要保证这个参数是准确可靠的，不能出现负荷不足的状况以及规模比较大的状况，以免造成浪费。就传统的方法来看，要想确定岩土中热物性的参数主要是通过进行钻孔取样来对周围的地质结构进行分析，除此之外，U型管的材料、具体的埋管方式等都会对换热器的换热能力产生一定的影响。

2.3 热泵机组的选择

我们以建筑物的中央空调使用为例，在选择地泵机组的时候要选择地源热泵专用机组。当前市场上很多使用者会把地源热泵以及水环热泵、水源热泵等混作一体。所以，在机组选型的时候一定要标注好具体的使用条件。就地源热泵机组夏季制冷的工况来看，蒸发器中冷冻水的进水温度一般在12～7℃，冷凝器冷却水的进出循环的水温大约为25～30℃。冬季制热的时候，蒸发器的进出循环水的温度大约是8～3℃。

2.4 换热器地埋管的选材

在空调中应用地源热泵原理的时候，选地埋管的管径在φ20mm～φ50mm 时，以PE100—SDR11—φ32(GB/T13663—2000)为最佳。选择换热器管材管径的时候要尽可能满足三个方面的原则：一个原则是管道要保证足够保持泵的最小的输送功率，这样能够相应的减少运行的费用；另一个原则是管道要小到足够使管道内保持紊流来保证循环液体以及馆内壁之间的传热，最后一个原则是系统环路的长度尽量不要太长。地源热泵管的具体管径在选择的时候要根据U型管所需要的长度来进行选择，这样能够进一步减少埋管接头的数量，当前采用比较多的是直径为PE80—SDR11—φ32的土壤地源热泵管。而且地源热泵换热器在埋管的时候，如果条件允许，尽可能采用100m～400m的深孔埋管，这样能够保证地源热泵技术在空调节能方面的效果。

3 结语

综上所述，要实现我国经济的可持续发展，就要注重开源节流，还要注重一些可再生能源的利用。我国地域辽阔，蕴藏着非常多的地浅层的地能资源。可以因地制宜的运用地源热泵技术和原理，这样能够进一步提高低温地热资源的利用率，还能减少传统暖通空调技术的局限，具备非常重要的实际价值，在能源节约以及防止环境污染方面的意义重大。

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