地源热泵在暖通空调设计中的应用

兰彩彬

摘 要：随着科学技术高速发展，人们生活水平日渐提高，对室内装修要求愈发严格。暖通空调是室内设计重要环节之一，高效、可靠应用地源热泵系统可有效节省成本支出，而且拥有良好的环保节能成效，与我国倡导绿色理念相吻合，提高建筑暖通空调设计水平。基于此，本文阐述地源热泵实际应用中特征，分析其实际应用于暖通空调设计中，后续相关设计提供参考。

关键词：地源热泵;暖通空调设计;应用

城市化进程不断较快，促进建筑行业高速发展，人们对建筑内部空间提出新的要求，暖通空调系统应用十分凸显。但由于大面积空调机应用，不仅对自然环境造成破坏，而且需耗损大量能源，可持续发展导向下，对暖通空调进行合理布设，实现绿色、节能环保目标十分关键。应用地源热泵可满足建筑基本功能同时，达成节能减排目标，需设计人员高度加以重视，综合性考量各方面因素。

一、地源热泵特征优势分析

地源热泵基本原理主要是，最大限度应用地热资源，实现供热及制冷双重目标。譬如，冬季室外温度为-10oC、夏季温度高达40oC，地下土壤内部温度长期固定于14oC，充分应用其温差降低能源耗损量，冬季将地能中热量获取，适当升温之后用于室内采暖，可节省能源高达40%;夏季将室内热能输送至地能中，可节省能量约为60%。与传统暖通空调系统相较，地源热泵核心热能源于地下，不仅可降低能源耗损，而且对环境保护成效具有积极作用。地源热泵特征主要展示在以下几方面：

（1）地源热泵具备一定清洁性。电力为电源热泵运行做以可靠保证，电力应用于地源热泵中，主要热能源于大地，所以应用整合环节并不存在一定的反应，不会出现燃烧等现象，不会对环境造成严重污染。此外，选取应用较为成熟的地源热泵，其整个系统正式运行过程中，无需配置相应的冷却装置，所以最终将内部热能排放过程中，会环境造成一定影响[1]。

（2）地源热泵具有一定能效性。分析现下地源热泵应用现状，其正式使用过程中，大幅度提高对各项资源应用率。譬如，冬季整个气温较低，应用地源热泵可保证将其温度予以控制，一般處于12-22oC，高于常规温度。地源热泵实际供热过程中，可进一步提高其蒸发温度，有助于保证该系统使用能效。

（3）地源热泵经济性。地源热泵实际制冷时，由于其冷凝实际温度较低，与原有暖通空调相较，具备良好的制冷效果。根据现下调研数据显示，暖通空调中应用地源热泵系统，其制冷及供热费用支出可降低1/3，。此外，与原有锅炉供热系统相较，地源热泵在运行过程中可依托电能支持，但整体能源耗损量较低，经济性能优势十分凸显。

（4）地源热泵可靠性。地源热泵实际运行中，系统整体依附于计算机进行管控，可保证该系统运行精准性及可靠性。同时，操作人员可通过监控设施，对该系统进行全生命周期管控，

进一步了解整个系统运行中存在问题，有目的性采取相应的措施，提高地源热泵应用可靠性及安全性。

（5）地源热泵具有稳定性。地源热泵正式运行时，不受环境、温度等因素限制，其自身温度可始终处于良好状态，将其温度控制在10-25oC内，供热及制冷系统也可保证在3.5-4.5内，与传统中央空调系统相较，地源热泵系统自身稳定性更优良。

二、地源热泵在暖通空调设计中应用分析

1、大地耦合热泵

大地耦合热泵基本应用原理为，以浅层地表土壤为核心热源，持续性为其提供驱动力，最大限度应用耦合交换地热器特征优势，将其以水平形式放置于地沟中，并将其与周围水环路体系进行衔接。与传统热泵相较，大地耦合热泵优势特征体现在以下几方面：第一，地下土壤温度产生动态化波动较小，且地表内空气波动存在一定延缓性作用，有助于实现热源，保证大地耦合器处于稳定状况下。第二，将土壤作为核心热源介质，无需增设相应的锅炉和冷却塔，可避免此类装置增设带来环境污染问题，在土壤放热及存储热作用下，进而呈现更加的供热、制冷成效。应用大地耦合热泵过程中，需按照实际状况，遵循因地制宜的原则，选取土壤转换器，现下常用大地耦合热泵分析，主要包含两种类型，即水平型、垂直型，其中垂直型使用频次更高。此外，由于换热管材长期埋设于地下，所以应基于系统运行稳定性及可靠性出发，选取管材自身耐腐蚀性和化学性能优良，且具有一定强度和韧度管材[2]。

2、地下水热泵

地下水热泵系统核心原理为，充分应用地下水将其作为热泵系统介质，持续性为其提供运行支持，发乎深井水温稳定优势，最终达成热量成功交换目的。地下水热泵应用价值为，其自身整个不会占据较大面积，以及正常运行过程中出现异常状况较少，可节省一定的维护成本费用，施工工艺较为简易。地下水热泵应用过程中，将地下水抽取之后，需进行相应的回灌工作，以免对周围环境造成一定干扰。

3、地表水热泵

地表水热泵与地下水热泵存在较多相似点，其核心异同点是地表水热泵是由潜在水面以下塑料管道，作为系统核心构成，此类管道相似点体现在联膜及多重性特征，地表水热泵是运营过程中，形成完整的地下水热交换系统，可将原有土壤热交换系统予以替代。设计暖通空调过程中，选取地表水热泵需保证建筑物和管道进行有效衔接，进而一定程度保障地表水热泵，处于稳定条件下进行运转。此外，地表水热泵实际应用过程中，需综合性考量区域内环境条件，对相关设备及管理做好防潮、防冻处理保护，减少气候因素对其造成的不利影响。

三、实践项目案例分析

1、项目概况

某工程内部包含面积较大，总建筑面积为总建筑面积6917㎡，内部包含办公楼、公寓、消防中心、餐厅等模块，主要工作内容是室外埋设管热交换系统埋设工作、机房及地源热泵机组安装、部分空调末端安装。夏季空调末端主要供给7/12oC循环水，促使各室内温度始终控制在24±2℃，最低温度可达到18oC，冬季为空调末端提供45/40oC循环热水，促使各室内温度控制在18±2℃，最高可达到26oC，其设计实现成效应在合同中体现。

2、系统方案设计和运行费用比较分析

严格依照我国相关出台规范、标准进行设计，按照建筑特性，冷负荷指标为100W/m2，负荷为691.7KW，热负荷指标为80W/m2，总体热负荷为553.36KW。夏季总冷负荷为691.7KW，则夏季向土壤排放热量约为830.04KW;冬季总热负荷为553.36KW，则冬季从土壤吸收总热量为442.6KW。按照土壤换热系统构成分析，地下U型管作为热泵机组核心热源，依托其实现热量交换，其换热器主要选取为PE100材料制作形成，以此延长其系统使用年限。按照其施工地区内地质条件，最终设计建造能源井为82口，以其能源井深度、数量为实际换热取值，最终保证换热器管路长度为19680m，地下换热器在地下1.5-3米内由水平管完成衔接至机房，确保对小区道路不会造成干扰。选取上述工艺方式，可保证换热器管理中循环介质保证均匀流动，达成热量均衡交换目标，地下换热管系统选取同程管路设计。同时，在整个换热系统中增设相应的调节阀，以此实现液体流动。该项目机组按照每年夏季运行120天，每天运行8小时，冬季适当延长2小时，最终夏季产生的总费用为6367.34元，日均为0.0768元/平米天;冬季总体费用为68448.84元，日均费用为0.00825元/平米天。最终运行受环境干扰小，运行费用较低，并不冷却塔，对建筑整体外观不造成影响，不会产生噪声，具有环保节能成效，使用年限高达20年左右。

结束语

城市化进程加快，助力建筑产业高速发展，暖通空调设计作为核心构成，设计合理性及科学性，对室内环境造成一定干扰、设计人员需对其高度重视，应用地源热泵系统，可获取良好应用成效，一定程度保证暖通空调系统稳定状态下运行，促进建筑行业良好发展。

参考文献

[1]郑仁良，吴海东，胡纯杭.机电安装工程暖通空调中的地源热泵技术应用分析[J].建筑技术研究，2019，2（1）：82-83.

[2]陈万利.太阳能-地源热泵联合空调技术在工程中的应用[J].住宅与房地产，2020，584（23）：110-114.