暖通空调设计中水（地）源热泵的应用分析

文/项伟锋 宁波市天一建筑设计有限公司 浙江宁波 315010

水（地）源热泵是可再生能源中地热利用的一种方式，具有高效、环保优点，我国地域辽阔，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。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、地源热泵系统的特点

1.1 经济性

水（地）源热泵系统虽然也需要消耗电能，但相对传统空调系统而言，供热和制冷的运行费用可以有效减少30～45%，除此之外，水（地）源热泵的能量主要来自地，对电能的依赖小，能耗小，经济优势十分突出。

1.2 能效性

水（地）源热泵系统虽然能耗小，但丝毫不影响其制冷和供热的效果。在实际运行过程中，利用大地或水体储存热能的特性可以同时满足冬天和夏天两个季节的能量需求，水（地）源热泵系统中的冷却系统冷凝温度比普通空调更低，制冷效果较传统的冷却塔式系统和风冷式系统更好，而在供热过程中，可以将温度维持在明显高于常规状态下的环境温度范围内，在寒冷的冬天为我们提供一个更加舒适的环境。

1.3 清洁性

在实际应用过程中，由于地源热泵系统所需的热量主要来自于大地或水体中的热能，不存在燃料燃烧的过程，因而可以有效减少对周边环境的污染和影响，除此之外，水（地）源热泵系统的配置更加简单，摆脱或减少了传统空调冷却塔装置和外挂机设备等配置对周边自然环境产生大量污染的困扰。

1.4 安全性

水（地）源热泵系统的管理和控制都是通过计算机进行的，在多工况运行状态下具有更高的可靠性，在一定技术支持下，甚至可以实现远程控制。水（地）源热泵系统在运行时可以忽略许多环境因素的影响，与普通空调系统相比表现出更高的稳定性。具有这些优势，保证了人们在更安全的环境下使用水（地）源热泵系统。

2、暖通空调设计中水（地）源热泵的应用分析

2.1 地埋管式热泵

地埋管式热泵系统也称土壤源热泵系统，指的是将土壤当作热源或是热汇，把耦合式地热交换器按照水平方式安放在预设的地沟当中或者是按照放置U型管的方式把耦合式热交换器放在竖井当中，然后将耦合式热交换器与建筑内部的水环路保护连接起来。大地耦合式热泵和传统空气热泵相比优势主要表现在以下几点： 第一，在一定深度下对土壤温度的拨动的影响非常较小，并且还有具有一定的延迟和衰减地表空气温度拨动的作用; 保证了系统运行的高效性，非常适合做热泵的热源和热汇。第二，节约时间和成本，大地耦合热泵只需要把土壤作为热源和热汇，省略了搭建冷却塔和锅炉的过程，既节约了时间成本又避免了对环境的污染。第三，能够和太阳能集热装置结合，通过在土壤的蓄热和放热，实现供热和制冷效果的最大化。

2.2 地表水热泵

地表水热泵与地下水热泵有着诸多的相似性特点， 但是不同的是， 地表水热泵主要是由潜在水面以下的塑料管道为主要的构成部分， 在地表水热泵运行中形成的地下水热交换系统能够代替土壤热交换系统。在进行暖通空调系统设计过程中，采用地表水热泵必须要将建筑物与管道进行有效的连接，从而才能一定程度上保障地表水热泵能够在稳定的状态下运行。除此之外，在地表水热泵的应用过程中，必须要对该区域内的周围环境条件进行充分的考虑，对相关的设备以及管道进行必须的防潮以及防冻处理， 降低气候因素对其的破坏以及影响。

2.3 地下水热泵

地下水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，针对大地埋管式热泵而言，地下水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，同传统的中央空调系统相比比较，使用地下水式热泵系统，如果设计合理，因不用维护，基本不会出现维护费用，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，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，系统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。

2.4 污水源热泵

污水源热泵主要是从工业污水、城市污水中提取低品位热源热量，将其转化为高品质能源，直接向住宅用户提供热、冷负荷的热泵系统。使用污水源热泵，是利用水质稳定、温度变化小的特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。它具有如下优点：其一，污水源热泵是利用污水处理厂出水量大, 水质稳定, 常年温度在13～25℃等特点,以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定, 其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40% 左右, 其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%。因此污水源热泵具有热量输出稳定、COP 值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点,是实现污水资源化的有效途径。其二，污水源热泵比燃煤锅炉环保, 污染物的排放比空气源热泵减少40% 以上,比电供热减少70% 以上。它节省能源,比电锅炉加热节省2/3以上的电能, 比燃煤锅炉节省1/2 以上的燃料。同时，它也存在一定缺陷，污垢会常常使流道表面的粗糙程度增加, 引起摩擦系数和局部阻力系数的增加, 这必然要引起整个换热器的流动阻力压降增大, 故泵消耗的功率增加。所以在污水源热泵系统中换热器的设计、使用中, 如何防垢、抑垢、除垢是非常重要的。

结语：

综上所述，在建筑行业不断发展的过程中，暖通空调设计也在不断创新、不断发展，在未来，（水）地源热泵是暖通空调设计发展的必然趋势之一，这种技术在暖通空调设计中的运用不仅可以保证室内环境的温度、湿度以及舒适程度，为人们提供更高品质的居住环境，同时可以实现节能减排的目标，减少对环境的污染。