地源热泵技术措施在暖通工程中的应用分析

王砚君

摘 要：暖通空调在为人们营造舒适环境方面做出突出贡献，但也带来许多负面影响，能耗问题就是其中之一。根据相关调查与统计发现，在发达国家的商业建筑中中央空调系统所消耗能源占整个建筑的50%以上，部分地区甚至超过70%。这给能源以及电力造成极大的压力，因此现阶段暖通空调技术面对的主要问题就是如何实现节能、环保以及可持续发展的总目标。本文主要针对地源热泵技术措施在暖通工程中的应用进行简要分析。

关键词：地源热泵；技术措施；暖通工程；应用

1 地源熱泵特点

1.1 节能减排

地源热泵技术应用当中节能减排完美表现在转换热能过程中，此技术的总体应用过程中不会出现任何浪费能源的情况，同常规采暖技术比较，节能性质更加突出。另外，此技术使用流程中，只是使用了地表浅层的热能，就可以提高室内温度，也并不会产生浪费能源的情况，也并不会带来环境污染。

1.2 维护成本低

在相同的环境中，建筑物应用地源热泵技术可以节省相当一部分的系统维护成本。通过对现实情况的充分了解，地缘热泵的耐久性能非常高，内部机械运动部件不多，重点使用部件主要在室内以及地下，而且和室外环境不直接接触，地下部件的使用寿命为50年，地上部件的使用寿命为30年。因而地源热泵作为新型空调系统，其日常维护成本较低。

1.3 环保长效

地源热泵主要应用电能，不依赖其他资源，不会带来环境污染，能够全年连续应用，冬热夏冷，实现长效利用，是传统空调系统无法实现的。

2 地源热泵技术（GSHP）的分类及应用

1912年的瑞士专利是地源热泵最早起源水，但将其在商业中运用只有短短十几年的时间，截止到2001年，美国每年安装的地源热泵数量为40万台，总共可降低100万吨的温室气体排放，节约能源的资金折合为美元为4.2亿。这项绿色技术现阶段已经逐步实现在我国的推广与运用，对减少是煤耗以及环境改善份工作的顺利开展有积极意义。

生产生活用水以及采暖都可通过地源热泵直接提供，在实际对其进行应用的过程中也可与电节能热泵以及直接加热设备锅炉进行联合，不仅可在原有基础上对一次能源的使用量进行大幅度减少，同时在环保以及缓解电热方面也发挥着相当重要的作用。在实际对地源热泵进行分类时可将热源以及热汇形式作为主要依据，一共可分为大地耦合式热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）和地表水热泵（SWHP）三种，下面我们对其进行仔细分析。

2.1 大地耦合热泵

地表浅层土壤一直是作为热源以及热汇存在于大地耦合热泵中，通过与传统的空气热泵进行对比后发现大地耦合热泵具有显著的优势与特征。

从地表的空气以及水角度来说，一定深度下土壤其温度在全年案范围内波动较小，延迟以及衰减是土壤对地表空气温度波动的直观体现，因此在一般情况下我们使用土壤作为热源以及热汇装置支撑热泵装置，这可促使系统实现高效率运行的目标。

土壤作为热源和热汇，可以全部或部分的取代传统空调系统中的冷却塔和锅炉，以减少对环境的“热污染”和空气污染。

与空气热泵相比，大地耦合热泵不存在除霜问题，且回收土壤的热量不需要风机，可以使系统的噪声等级下降。

土壤本身是个巨大的蓄热蓄冷体，因此大地耦合热泵可以和太阳能集热装置结合起来，通过土壤的蓄、放热获得更好的供热、制冷效果。当然，大地耦合热泵也有一些缺点。

2.2 直接式和间接式大地耦合热泵

在间接式系统中，载冷剂或盐水溶液被用来在热源和蒸发器间传递热量，它与直接蒸发系统相比具有一定优点：减少了制冷剂冲灌量，还增加了热泵系统的灵活性，同时可使现场工程量降到最低并减免了制冷管路的安装；但其缺点在于：引入带有热交换器的额外流体环路，增加了初投资，也带来额外温降。需要针对运行工况优化设计盐水回路，此外用于载冷剂的流体性质也很重要。

2.3 水平式和垂直式大地耦合热泵

水平热交换管的地下盘管由聚乙烯硬塑料管制成，并水平地敷设于土壤中。在这项技术中，管子的敷设深度和塑料管侧间距是两个重要参数。吸热地面应靠近待采暖的建筑物，土壤面积主要取决于土质、含水量和该处的太阳照射时间。

塑料管间距越小则热利用效率越高，但热交换管量增大、费用上升，因此应做技术经济性考虑。土壤中铺设的管群最好分几组，单根管长最好不超过100m，否则消耗的泵功率将过大。

热泵工质一般采用盐水溶液，即使在-15℃左右也不会冻结，低温的盐水溶液由土壤吸收热量，然后传给热泵装置的蒸发器，再通过热泵过程，由冷凝器供给热分配系统。此外，水平热交换管还有回流式和串流式等不同的敷设方法，从传热效果看，后者的供液与回流管之间不存在热交换，故对换热有利，当然，究竟采用何种方式应视具体的土质和地形而定。

2.4 地下水热泵

地下水热泵是地源热泵的一个分支，也是迄今为止使用得最广泛的一种地源热泵技术。这种热泵是以地下深井水作为热源或热汇来对建筑进行供热或制冷的。由于地下深井水位于较深的地层中，因隔热和蓄热作用，其水温随季节气温的变化较小，特别是深井水的水温常年不变，对热泵运行非常有利，具有以下优点：

整个水井系统占地面积小，布局紧凑，但却可以抽取及回灌大量的地下水。

对大地耦合热泵言，其地式热交换器单位容量的造价基本上是个定数，而对大型地下水热泵系统，其整个井水系统单位容量的价钱却便宜得多，只需要一对较高流量的井即可满足整幢建筑物的需求。

与传统的空气-水中央HVAC系统相比，设计良好的地下水热泵循环几乎无需维护费，且当地下水回灌到蓄水层后，实际地层中的含水量并不改变，不会造成地面沉降。

地下水热泵在大型商业系统中使用已有数十年了，技术成熟，钻井施工相对容易。

地下水热泵这项技术也存在不足之处：当采用含水层储存的水作为空调冷源或热源时，其水温要受到一定限制。若钻井施工不佳或水质较差，则地下水可能会受到一定污染，而且回灌井的选址也应考虑水文地质条件。若热泵装置系统设计不当或取水位置较深，那么泵的消耗费用将上升。因此，在决定某地区是否采用地下水作为热泵的冷熱源之前，首先应进行严密的现场泵水试验，看是否具备足够的地下水水量；其次还需了解该处的地下水质情况，以获得较准确详尽的规划方案。

2.5 地表水热泵

它是利用地表的小溪、池塘、河流、湖泊等水作为热源和热汇对建筑进行空调的热泵技术。同常年温度几乎保持不变的地下水相比，地表水温变化剧烈，因此在外界温度很低的严冬季节，为了保证供暖所需的热量，除热泵外，往往还有安装第二套热发生装置，即双联热泵采暖系统。地表水热泵在实现用水作热源时，可采用下列方法。

用泵站抽取地表水并输送至热泵的蒸发器这种系统适用于对露天游泳池的水进行加热，也适用于大型建筑物、特别是该建筑物采用空调时。该系统使用可清洗的管式热交换器作为蒸发器，首先要将地表水经细密格栅引入泵站，降温后的地表水需重新排回地表水源。严冬季节时，此系统需采用双联热泵采暖装置。

用井积聚经河岸过滤的水并将其输送至热泵蒸发器这种系统的优点是经河岸过滤的水能防止污物进入蒸发器，但费用较高。

3 结束语

综上所述，随着我国社会经济水平的快速进步发展，人们的生活经济舒适性标准越来越高。尤其是在冬冷夏热的地带，地源热泵系统都是一机多用，极大的将人们对冬季制热夏季制冷的需要满足。伴随着地球上不可再生能源的大量消耗，浅层地热能等可再生清洁能源一定会变成更为重要的能源。使用地源热泵技术促使我国可持续发展以及循环发展进程，给创建环境友好型、资源节约型社会带来帮助。

参考文献：

[1] 张鸿鹏.浅析暖通系统设计的原则[J].建材与装饰，2017（44）.