浅谈暖通工程中的地源热泵技术的应用

王东

【摘要】 地源热泵作为科学供暖方式，具有高效、环保优点，由于我国地域旷阔，地表浅层能源较多，选择不同地源热泵技术，可提升地热资源利用率，克服传统空调技术缺陷，具有十分重要的实用价值。同时，在城市现代化建设，环境污染防治等方面，也具有重要意义。

【关键词】暖通工程；地源热泵技术

前言：虽然地源热泵具有一定缺陷，但只要我们合理运用地源热泵，不断研发暖通空调设计，必定推进建筑事业发展，更好满足业主的心理、物质需求。

1、地源热泵空调的发展情况

我国对地源热泵空调的研究，早在20世纪80年代就已经开始在不断发展，近年来，地源热泵行业呈现出良好的发展趋势。人们对环保、节能意识的增强和生活质量、建筑环境的提高，逐步地加深了对地能资源的供热制冷热泵系统的重视程度，就是因为，地源热泵空调不仅可以有效地避免资源遭到破坏和减少对环境的污染，还能利用可再生资源和节约常规能源。我国有较高水平的热泵应用和科研基础作后盾，地源热泵空调系统有可预见性的广泛发展市场。这项技术的广泛应用将带动建筑环境采暖的改革和其他相关产业的发展，是一个极具挑战性和发展前景广阔的难得机遇。

2、地源热泵空调系统的构造以及原理分析

2.1地源热泵空调系统的构造

能够划分地源热泵空调系统构造为地下换热、制冷热泵，以及冷热输送分布这几个组成部分。地下换热设备的作用为：一是冬季由水和土壤当中对热能进行吸收；二是夏季向水和土壤当中释放热量。它就是埋在地下或水中的换热器组织。制冷热泵的功能：一是，冬季对热泵的方式运转，提升水和土壤当中的热量，再通过泵向要求供暖的房间输送；二是，夏季对制冷的方式运转，把房间热量向地下的水和土壤当中顺利排入。其重点的构成部分为：压缩机、冷凝器、节流阀、循环系统，以及蒸发器。冷热输送的功能：向需要空调的房间输送由制冷热泵设备制取的冷、热能量，达到房间气流的组织合理化，提供符合人体舒适的空气、温度等质量的要求。它的构成装置是：风道或载热载冷剂管道、室内风机盘管及末端装置等。

2.2地源热泵空调系统的原理

目前我国市场的制冷热泵装置就工作原理分类，大体上能够划分成为两种，也就是蒸汽压缩式和吸收式制冷热泵设备。吸收式制冷热泵设备的驱动借助电动机或者是燃气发动机，进而对电能或者是天然气进行消耗。蒸汽压缩式制冷热泵装置是由高品位的热能驱动，消耗的燃料是蒸汽、油、天然气，以及热水等。

其中，电动蒸汽压缩式制冷和热泵装置的应用比较普遍。地表水、地下水或者是土壤等是地源介质，制冷的工作过程是：低压以及低温的工质饱和蒸汽由蒸发器到达压缩机，被压缩成为高温以及高压的过热蒸汽，然后到达冷凝器，在冷凝器当中，大概10℃的地源介质冷却其为高温以及高压的饱和液体，然后向节流阀进行流通，再转变成为低温以及低压的湿蒸汽，之后到达蒸发器，而在蒸发器当中，工质出现蒸发相变制冷的情况，冷去载冷剂冷之为相应的温度，之后工质向低温以及低压的饱和蒸汽转变，最后的时候，到达压缩机进行下个循环。制热的过程是由节流阀出来的低压低温工质气液到达蒸发器，对地源介质的热量进行有效地吸收，然后蒸发的工质液体转变成为饱和蒸汽，之后再到达压缩机，被压缩成为高温以及高压的过热蒸汽，然后再到达冷凝器，这样冷凝器当中的工质将热量向载热剂传递，而工质向中温以及高压饱和液转变，在经过节流阀之后向低温以及低压的工质气液混合物转变，最后的时候，再进入下个的循环。

3、地源热泵种类分析

3.1大地耦合热泵

它的热源、热汇是以地表浅层土壤为主，对比传统空气热泵具有如下优点：其一，与地表水与空气而言，土壤深入地下时，全年的温度波动相对较小，土壤影响地表的空气、温度，具有衰减、延迟作用。所以，多数条件下，热源、热汇宜作为热泵装置，确保系统高效率、稳定运行；其二，土壤作为热泵的热汇、热源，可取代传统空调的锅炉、冷却塔，减少空气污染，降低环境热污染；其三，同空气热泵比较，大地耦合热泵无除霜问题，无需风机回收土壤热量，可降低系统噪声等级；其四，土壤自身属于蓄冷体和蓄热体，所以，大地耦合热泵能结合太阳能集热装置，利用土壤放热功能、蓄热共鞥，获取最佳制冷效果、供热效果；其五，土壤传热性能较差，需提供较大传热面积，所需占地面积过大；其六，埋设地下管道时，其成本较高，运行故障检修难度较大；其七，当土壤干燥，降低其导热性能，在夏季时，向外排热难度大，呈不可逆运行状态。

3.2地下水热泵

地下热泵属于地源热泵的重要分支，该类热泵技术通过地下深井，依靠热汇、热源实现制冷或供热。由于地下深井水位身处地层，深度相对较少，深井水水文甚至恒定不变。所以，热泵运行具有显著优势。其优点可表现在如下方面：其一，布局紧凑的水井系统，占地面积较小，地下水回灌与抽取时，占地面积不会对其造成影响；其二，针对大地耦合热泵而言，地式热交换器改善成本较小，针对大型热泵系统，井水单位容量成本极低，若井的流量较高，即可达到整个空调系统需求；其三，同中央空调系统比较，使用地下热泵系统，如果设计合理，因不用维护，基本不会出现维护费用，若地下水回灌至蓄水层之后，不会影响地层的实际含水量。所以，针对地理环境与生态环境几乎没影响；其四，许多商业系统选择地下热泵系统，多年实践证明该技术较为成熟，同时，钻井技术可行性较高，系統简便易行综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积建筑物的供暖空调的要求。

4、地源热泵空调系统技术

4.1要求较高的设计以及安装技术

地源热泵空调系统无论对于安装，还是设计都有较高的要求，即便其机组的性能系数、能效比都较高，若不要求高标准水平，就会影响节能效果及其优越性。

4.2分区域控制化，便于管理

地源热泵的机组是整体的，也是独立的，各个机组可以同时制冷、制热，也可以独立运行，如此一来，不仅减少了对能源的浪费，也将地源热泵空调的节能、舒适性最大化。

4.3稳定可靠的运行可以延长使用寿命

地下土壤以及水体的温度在一年四季里都比较稳定，使得地源热泵机组的运行也较为稳定，不仅提高了其工作效率，而且使空调的应用年限延长。结合有关的信息资料证实，一些地下埋管能够实现50年以上的应用年限，而且热泵机组也能够实现至少20年的应用年限。

4.4地源热泵空调系统的高效节能性

针对地源热泵空调和常规空调的运行费用进行对比估算，得出结论是——前者比后者可以平均节约40%-50%的运行费用。两者之间为何存在如此之大的差距呢？那是因为，冬季地下土壤、水体温度比环境温度高，而夏季恰恰相反，水体以及地下土壤的温度明显低于环境的温度，可以确保地源热泵机组一直处于较为稳定的现状下，大大提升其性能系数和运行能效比。

5、结论

总之，地源热泵空调系统在我国是一项新型的技术，需要相关专业技术人员的共同合作，做好勘测、设计、施工、调试等各方各面的具体工作，才能使系统达到节能、环保和有效的利用，以使地源热泵这项利国利民的可再生能源利用技术得到健康有序的发展。

参考文献

[1]李中领.简述地源热泵应用于户式中央空调的发展前景[J].制冷与空调，2005（01）.

[2]杨卫波，施明恒，董华.太阳能-土壤源热泵系统联合供暖运行模式的探讨[J].暖通空调，2005（08）.

[3]雷海燕译.日本应用地源热泵的可行性研究[J].地热能，2003（01）.

[4]徐伟.地源热泵工程技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.