摘要：近年來，隨著社會建設的不斷發(fā)展，建筑暖通空調系統(tǒng)成為公認的能源消耗較大的系統(tǒng)，也是導致建筑能耗不斷上升的主因，結合目前實際情況來看，為有效控制暖通空調系統(tǒng)的能耗問題，減少環(huán)境污染，可將地源熱泵技術應用其中，利用該技術對系統(tǒng)結構加以優(yōu)化調整，實現(xiàn)能源的科學處理。基于此，對地源熱泵在暖通空調設計中的應用進行論述與分析。

關鍵詞：地源熱泵；暖通空調設計；應用

引言

近年來，地源熱泵的安裝和設計逐漸受到人們的關注。實際上，地源熱泵可以起到高效節(jié)能的作用，提高城市供暖系統(tǒng)的價值，在建筑暖通空調設計領域，地源熱泵具有良好的經濟性和環(huán)保性優(yōu)勢，突出顯示了保護環(huán)境、節(jié)約建筑資源、增強節(jié)能效果等特性。在室內暖通空調設計過程中，需要將地源熱泵安裝在合適的建筑內部，合理科學采用地源熱泵，綜合提高室內節(jié)能效果及居住舒適度。地源熱泵可以同時實現(xiàn)制冷和制熱功能，用新型資源代替緊缺資源，符合開源節(jié)流的要求，由于我國在城市建設過程中大量能源逐漸緊缺，而這種新型地源熱泵技術為短缺的能源找到了突破口，根據調查研究表明:為了達到城鄉(xiāng)供暖方式優(yōu)化，地源熱泵技術應用已經快速普及，改善了傳統(tǒng)的制冷制熱技術所需的能源，降低了能耗，而且有效節(jié)約了成本，能夠使空調的普及率大大提升，為人們帶去舒適便捷的生活。將地源熱泵技術應用于暖通空調設計，不僅兼顧了成本和節(jié)能問題，而且給居民提供供暖制冷服務，在未來發(fā)展趨勢勢不可擋。

1地源熱泵系統(tǒng)概述

熱泵屬于一種熱量提升裝置其運作遵循的是逆卡諾原理，能夠將熱量從低溫轉變到高溫并輸送到指定地點。熱泵本身會消耗一定的熱量，但也是環(huán)境中進行能量介質深入挖掘，并將其轉變成高熱量加以利用的一種裝置，所以該設備在使用中不僅不會存在消耗，相反能夠節(jié)省近2/3甚至更高的熱量。熱泵同制冷的原理及系統(tǒng)構成是一樣的，常見的整齊壓縮熱泵由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器及節(jié)流閥這幾部分構成，形成較為完整的循環(huán)系統(tǒng)，保證熱能傳輸。地源熱泵系統(tǒng)的特點主要有。1)清潔性。地源熱泵系統(tǒng)的運行主要是依靠電能供應實現(xiàn)的，熱量直接從大地獲取，所以在運行過程中，不會存在燃燒和放熱的可能，這樣就不會產生較多的污染物，降低對外界環(huán)境的影響。另外，在相對較為成熟的系統(tǒng)下，地源熱泵是不需要配備外掛機和冷卻塔的，所以在放熱過程中不用擔心環(huán)境污染問題。2)能效性。地源熱泵系統(tǒng)在實際運行中有著較高的能源利用率。例如，在寒冷冬季，外界溫度較低，常規(guī)情況下對熱能需求量高，但地源熱泵系統(tǒng)能夠將溫度控制在12℃～22℃，且構建的循環(huán)系統(tǒng)能夠保證熱能質量，以免發(fā)生較大的變化差異，提高整個系統(tǒng)的能效。3)經濟性。相比傳統(tǒng)的暖通空調系統(tǒng)，地源熱泵的冷凝溫度要更低，制冷效果明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)。根據現(xiàn)有資料分析可知，地源熱泵系統(tǒng)應用后，制冷和供熱的費用相較傳統(tǒng)系統(tǒng)降低了1/3左右。此外，因為其依靠電能供電，利用大地完成能源把控，所需能耗更少，大大提升了系統(tǒng)運行的經濟效益。4)可靠性。地源熱泵系統(tǒng)運行中采用了計算機自動化控制系統(tǒng)，可實時對系統(tǒng)運行狀況加以監(jiān)督和把控，及時發(fā)現(xiàn)和上報問題，給出科學有效的解決措施，避免更嚴重問題的產生，保障系統(tǒng)運行的效率和安全性。5)穩(wěn)定性。地源熱泵系統(tǒng)在運行中不會受到環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)較大變化，保證整體運行的穩(wěn)定性和可靠性。該系統(tǒng)能夠將溫度始終控制在10℃～25℃，供熱和制冷能效比控制在3.5～4.5，穩(wěn)定性強。

2地源熱泵技術的特點

2.1經濟高效

地源熱泵技術在暖通空調節(jié)能中的應用可以實現(xiàn)經濟高效、可靠安全的生產，不需要直接燃燒能源，避免了燃料燃燒損失熱量，減少了能源消耗，在能源傳輸中實現(xiàn)了熱能轉換，與傳統(tǒng)空調運轉系統(tǒng)相比，其工作效率更加高效。該技術既能節(jié)省能源使用量，也能降低生產成本，提高經濟效益，具有較高的可靠性與穩(wěn)定性，符合可持續(xù)使用的生產目標。其次，地源熱泵技術并未依賴其他能源，其能減少能源消耗，避免了能源的過度使用和污染排放破壞環(huán)境，以全年循環(huán)式地熱泵取與交換的熱能轉換形式吸收和釋放熱能，有效維持了地下溫度的穩(wěn)定性，延長了使用壽命。

2.2節(jié)能減排

由現(xiàn)有生產資料的調查與分析可見，煤炭、石油等不可再生資源的使用導致環(huán)境破壞問題較為嚴重。傳統(tǒng)空調機在釋放熱能時也會產生過多破壞環(huán)境的氣體，而地源熱泵系統(tǒng)的生產與建設符合節(jié)能減排、環(huán)境保護的目標，能量來自大地，其熱交換方式可以轉換室內外熱能，保持溫度的恒一性，屬于較好的節(jié)能技術。

2.3穩(wěn)定性較好

地源熱泵技術在整個暖通空調節(jié)能生產中的穩(wěn)定性較好，整個運轉程序無需依靠額外能量傳輸，實現(xiàn)了熱能轉換。北方氣溫較低或南方氣溫較高地區(qū)均可應用暖通空調生產技術，即使不采取保護措施，也不會損害設備，有效降低了安全事故發(fā)生率。由于地源熱泵生產技術的地下使用環(huán)境受外界溫度的干擾較少，不會影響建筑工程的穩(wěn)定性和承載性，提高了能源利用效率，有效保證了空調暖通節(jié)能體系的正常運轉和安全落實。

3地源熱泵的種類

3.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵熱源的獲取以地表淺層土壤為主，優(yōu)勢在于:相較地表水和空氣，土壤在深入地下的過程中具有保護作用，能夠抑制溫度波動，保持熱能，縮減衰減及延遲時間。通過對熱能的提取，能夠確保熱能供應的穩(wěn)定性，提高熱泵的工作效率;將土壤作為熱泵熱能、熱源提取的主要場所，降低了環(huán)境污染，相較傳統(tǒng)的冷卻塔設備，環(huán)保性更強;相較空氣熱泵，大地耦合熱泵的結構更加簡單，省去了除霜設備、風機回收設備，在不影響熱能提取和使用的情況下，降低了系統(tǒng)運行產生的噪音污染;土壤自身具備的蓄冷和蓄熱功能，能夠合理運用熱泵與太陽能集熱裝置，完成制冷和制熱的科學調節(jié)，增加熱能利用率。不過土壤的傳熱性差，若想改善傳熱效果，還需要擴大土壤面積，再加上在地下埋設管道的成本相對較高，施工中存在的影響因素眾多。土壤干燥后導熱性會下降，所以在夏季很難做到有效排熱，破壞了熱泵的使用性能。

3.2污水源熱泵

污水源熱泵是從污水中進行熱源熱量提取應用到建筑暖通空調系統(tǒng)中的一項節(jié)能技術，其能夠將提取出的熱源直接轉換成高品質的能源，改善制冷和供熱效果，加強建筑內部環(huán)境的舒適性。同時，污水源熱泵應用中水質穩(wěn)定性強、溫度變化小，保證內部供熱和制冷的穩(wěn)定性，減小設備系統(tǒng)的損耗。污水源熱泵的優(yōu)勢如下。污水源熱泵可利用污水處理廠排出的污水提取熱源，污水處理廠的出水量大、水質穩(wěn)定性強，為熱源提取提供了較大優(yōu)勢。在污水作用下能夠設置循環(huán)裝置，避免污染和浪費現(xiàn)象的產生;環(huán)保性好，污染物排放得到緩解，據現(xiàn)有資料可知，污水源熱泵應用后，污染物排放量較空氣熱泵減少40%，較電供熱減少70%。由于污水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，其制冷、制熱系數比傳統(tǒng)的空氣源熱泵高出40%左右，運行費用僅為普通中央空調的50%～60%。但該熱泵也存在一定缺陷，污垢會加劇流道表面的粗糙程度，引起摩擦系數和局部阻力系數的增加，這必然會引起整個換熱器的流動阻力壓降增大，故泵消耗的功率增加。所以做好設備的更換及更新設計，剔除污垢也成為專業(yè)人員要重點考量的內容。

3.3地下水熱泵

地下水熱泵利用的是地下滲井自身的優(yōu)勢收集熱匯熱源，滿足制冷和制熱要求。該技術在應用中具備的優(yōu)勢特點為:首先，占地面積小，水井結構布局相對簡單，可占用的土地資源面積較小，且因為水井采用的是回灌和抽取的方式，不用擔心占地問題;其次，成本低廉，凈水單位容量的成本較低，在地式熱交換器改善作業(yè)中，也因為地下水井的特性而大大降低了成本消耗，減少了不必要損失的形成;再次，節(jié)省維護費用，減少環(huán)境污染，地下熱泵技術應用中即使出現(xiàn)設計不合理的情況，也不需要予以重點維護，且地下水回灌后并不會對地層的含水量造成影響，不用擔心出現(xiàn)污染問題;最后，技術成熟度高，地源熱泵技術雖然屬于新型技術，但因為適用范圍廣，使用頻率高，目前該技術已經較為成熟，再加上其低廉的成本，較小的占地面積，可滿足暖通空調設計需求。

4地源熱泵技術在暖通空調節(jié)能中的具體應用

4.1主要形式

地源熱泵技術在暖通空調節(jié)能生產中可以分為土壤、地下水和地表水源3種主要表現(xiàn)形式，根據熱源來源的差異劃分生產介質，以填埋式土壤熱泵系統(tǒng)作為主要使用方式流通管道與熱泵機組間的能量，有效完成了土壤與地表機組間的熱交替作用。其次，在埋管方式的差異下，可以將其劃分為水平和垂直兩種形式，不以直接抽取地下水的方式積累地下水源熱泵能量。但在抽取水后可以傳輸水源熱能，直接將水輸送到熱換件和熱泵機組中釋放能量和提取熱能。再次，地源熱泵技術在使用方案上受國家和地方政府的支持，當地下具備充足的水量和熱源后，應利用回灌方式將地表水作為冷源水抽取海水或江河，從而形成開放式、循環(huán)式和閉環(huán)式的能源交換系統(tǒng)。利用開環(huán)和閉環(huán)兩種交換類型區(qū)分板式換熱器中的介質是否與外界水或土壤相互接觸，以實現(xiàn)地下埋管和熱泵機組的反復循環(huán)式交替作用。最后，在開環(huán)系統(tǒng)中抽取外部水源時，可以利用外部水和板式換熱器實現(xiàn)循環(huán)式熱流通，以保證內部熱交換儀器的穩(wěn)定性。

4.2將地埋管道與熱泵機組合

兩者組合是最為簡單的一種方式，也是目前常見的組合形式。在設計中，會按照地理埋管位置對管道長度加以確定，根據水平向管道長度的熱量及冷卻負荷的變化特征，對鉆孔開鑿間距加以把控，以豎向管道長度的換熱量和最大熱負荷對占地面積加以確定。完成上述操作后就可以依據計算結果選擇熱泵機房中熱泵機組的規(guī)格型號、使用臺數、配套水泵、分集水器、定壓裝置、水處理裝置等，確定前期準備工作后就可以展開熱泵機房圖紙的設計工作?？茖W規(guī)劃機房面積，合理設置內部電源，之后按照圖紙要求展開施工作業(yè)，強化暖通空調系統(tǒng)的運行效果。

4.3運行狀況分析

應針對溫度監(jiān)測和地埋管換熱器周圍的設置情況分析暖通空調節(jié)能生產的運行狀況，并結合冬季和夏季地源熱泵技術溫度設置的差異來測量，可有效利用現(xiàn)有數據得到相關檢測依據，正式使用后發(fā)現(xiàn)其符合系統(tǒng)運轉標準。當地源系統(tǒng)主機未啟動時，應大致等待水泵運行1h后測量地下巖土層的溫度，比較測量結果與熱響應測試結果后發(fā)現(xiàn)溫差值較小。其次，各系統(tǒng)組件為維持正常運轉狀態(tài)，需要將溫度控制在合理范圍內，以符合冬季和夏季熱源傳輸與供給要求，一般冬季地埋管側進出口溫度為8.3℃和11.7℃。觀察系統(tǒng)運轉情況后，應設置早晨出口處溫度在11.7℃以上，隨著運轉時間、運轉試點任務和運轉要求的不斷提高，出口溫度會逐漸下降，最終會停留在9.8℃左右，可利用溫度變化情況分析土壤供熱溫度的變化，并及時反饋。

結語

總之，地源熱泵技術與暖通空調生產技術充分利用土壤中熱量后，可以在夏季實現(xiàn)熱量傳輸，冬季實現(xiàn)熱量轉移，不僅符合空調冷暖制備的基本功能，也能提高承載負荷，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保、綠色減排的生產目標，具有較好的經濟發(fā)展前景。