简析地源热泵在暖通空调设计中的应用

简析地源热泵在暖通空调设计中的应用

荣静

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司天津分公司 天津

【摘要】隨着建筑行业的发展，室内装修设计行业迎来了“春天”，但人们对室内装修设计要求提高，也给装修设计行业提出了挑战。暖通空调是室内装修设计的重点环节，将地源热泵应用于其中，可以增强室内温度调节的灵活性，提升室内空间的宜居性，进而优化室内居住体验感。在此基础上，本文将重点分析地源热泵的优势，探索其应用策略，为暖通设计提供参考。
　　【关键词】暖通空调设计;地源热泵;应用策略
　　相比传统空气源热泵而言，地源热泵具有灵活性、环保性等特征，其不仅可以节省供暖成本，还具有环保价值，供暖效果非常显著。但是，根据调查显示，在地源热泵实际应用中，仍然存在一些问题，如：供暖失衡、设计不合理等等，严重影响了地源热泵应用效果。因此，如何充分发挥地源热泵的优势，如何满足人们日益增长的供暖需求，成为暖通设计改革创新的关键。

1 暖通空调设计中地源热泵的特点
　1.1 经济性
　　地源热泵技术主要是通过利用大地中的地热资源来实现制热或者是制冷的功能，由于其主要的能量来自于大地之中，所以其运行过程中对于电能的需求相对较小，可以极大的降低能源消耗，在运行成本方面具有十分明显的优势。利用地源热泵技术来实现制冷或者制热功能相较于传统的建筑暖通空调系统可以减少30%～45%的运行费用，可以有效降低暖通空调系统的运行成本。
1.2环保性
　　地源热泵系统在进行制冷或者制熱的过程中主要利用的是来自于大地的能量，完全避免了燃料燃烧提高热量的过程，可以极大的降低对于大气环境的污染，同时地源热泵系统的设备也相对较为简单，没有传统空调系统中的冷却塔设备以及外挂机装置，极大的减少了对于环境的影响，具有较高的环保性能。
　1.3 能效性
　　地源热泵系统虽然能耗要明显小于传统的空调系统，但是其发挥出的作用并不比传统空调差，一定程度上甚至要优于传统的空调系统。地源热泵系统利用大地中储存的热量为建筑提供相应的热量，完全可以满足人们在冬季取暖的需求。同时，地源热泵系统的冷却效果相较于传统空调系统利用冷却塔进行冷却的效果甚至要更加良好，可以有效控制温度，为人们创造舒适度室内温度。

2地源热泵的应用现状分析
　　随着社会经济的发展，人们经济收入日益增加，对生活品质和要求提高，尤其是对生活居住区域的供暖舒适度越来越重视，这无形中增加了室内暖通设计的压力。在这样的时代背景下，将地源热泵应用于暖通系统，既符合时代发展要求，也是提升供暖舒适性、灵活性的有效途径。但是，在地源热泵实际应用中，由于地区环境条件的差异，如：土地热量程度不均衡，给地源热泵供暖造成了不利影响。例如，南方地区地表热能充足，地源热泵可以储存大量热量，保障暖通空调运行稳定性。但是，北方地区气候干冷，其供暖需求市场大，这会导致热量消耗大，长此以往会引起土壤温度失衡问题，供暖稳定性也得不到保障。由此可见，想要保障地源热泵供暖质量，必须充分考虑地区特征、气候环境等因素，优化暖通空调设计，有效改善热量失衡问题。
　　3  地源热泵的主要类型
　　3.1  大地耦合热泵
　　大地耦合热泵的热源主要来自于地表浅层的土壤，相较于传统的空气热泵其优势比较明显，主要可以分为以下几个方面。一是将地表浅层的土壤作为地源热泵的热源以及热汇，可以避免传统空调系统冷却塔以及锅炉等设备的使用，可以有效降低对于大气环境的影响。二是与空气热泵相比较，大地耦合热泵不存在需要除霜的问题，不需要利用风机来回收土壤热量，可以有效降低系统运行的噪音。三是地表浅层的土壤本身具备蓄热和蓄冷的功能，因此，大地耦合热泵结合太阳能装置使用，可以有效保证制冷和制热效果。四是与地表水和地表空气相比较，土壤的温度波动相对较小，因此，以地表浅层的土壤作为地源热泵的热源以及热汇可以保证系统运行的稳定性。
　　3.2  地下水热泵
　　地下水热泵是地源热泵技术的一个重要类型，这种技术主要是利用地下深井作为热源或者热汇，从而实现制冷或者制热的功能[2]。由于地下深井的水体一般处于底层当中，水文相对比较恒定，所以地下水热泵系统的运行具有明显的优势。首先是地下深井所占面积相对较小，进行地下水的抽取和回灌时，占地面积不会对其造成影响。其次相对于大地耦合热泵来说，地下水热泵系统的运行成本更低，若地下深井的水流量较高，基本上就可以满足整个暖通空调系统的运行需求。第三，与传统的空调系统相比较，采用地下热水泵基本不需要进行维护，因此可以节省一大笔维修费用，而且在抽取地下水之后又会进行回灌，所以并不会地下水的总量以及地理环境造成不良的影响。

4地源热泵供暖应用优势分析
　4.1有利于提高供暖经济效益
　　相比传统室内空调而言，地源热泵的冷却效果和供热效果更佳，既可以提升供应空间舒适度，也能控制经济成本，有利于提高整体经济效益。从制冷角度来看，地源热泵制冷温度远远低于室内空调系统，而从供暖角度来看，地源热泵主要依靠电能，供暖效果佳、能源消耗低，总体消耗是传统供暖系统的1/3。同时，地源热泵可以实现自主运行，无需人员值守监管，有效减少了管理成本，经济效益进一步提升。

　　4.2有利于提升供暖节能性
　　根据调查显示，在建筑污染调查中，空调所产生的污染占比大，这对绿色建筑行业发展非常不利，甚至还会影响人们居住健康。因此，将地源热泵应用于供暖设计中，可以有效降低空调污染，减少污染物排放量，符合节能减排的发展目标。同时，地源热泵系统可以提升能源利用效率，既能避免能源过度消耗问题，也能达到较好的控温效果，实用性和技能性俱佳。
　5 暖通空调设计中地源热泵的应用
　　5.1  地理管道与热泵机组相结合
　　在暖通空调系统中应用地源热泵技术一般会采用地理管道和热泵机组相结合的方式，这也是一种相对比较简单的地源热泵技术的应用。首先需要按照地理管道的位置的不同需要采用长度不同的管道，根据水平管道单位长度热量以及冷却符合的不同，确定钻孔的间距。根据垂直管道的单位长度换热量和取热符合确定开孔的面积。
　5.2  地理管道与热回收机组相结合
　　地理管道与热回收机组相结合的方式主要是用于排热系数超过一个单位的暖通空调系统，一般在北方应用较多[3]。在北方冬夏两季的温度差异十分明显，冬季温度较低需要大量的热量满足取暖的需求，而夏季温度过高，需要进行制冷，在暖通空调设计中采用地理管道与热回收机组相结合的方式，在夏季温度较高的时候可以将部分热量通过地理管道分散，在冬季气温相对较低的时候，可以从大地中提取热量来满足人们取暖的需求。
　　5.3  地理管道与热泵机组和冷却塔结合
　　一般情况，在冬季和夏季人们对于室内温度的要求相对较高，因此就可以采用地理管道与热泵机组和冷却相结合的模式，将夏季分散的热量不同过地理管道排出，而是把分散的热量全部输送给冷却塔，通过冷却塔的冷却就可以直接进行使用，可以有效避免热量的流失。北方在秋季时，一般风力资源相对比较充足，因此可以有效满足冷越塔的运行动力需求，可以将风能转化为机械能，保证冷却塔可以实现稳定的运行。目前这种地理管道与热泵机组和冷却塔结合的模式是一种比较理想的模式，其综合收益相对较高，未来发展前景相对比较广阔。
　6 结束语
　　综上所述，在建筑行业飞速发展的情况下，暖通空调设计必然也要随之进行相应的改进，从而才能有效满足当前人们对于建筑室内环境的要求。在暖通空调设计中应用地源热泵技术可以有效满足人们对于暖通空调系统的要求，同时还能实现节能降耗，是目前较为理想的一种技术。
　　参考文献：
　　[1] 蔡云飞.暖通空调设计中地源热泵的应用分析[J].工程技术：引文版，2015（47）：00179.
　　[2] 张成方.暖通空调设计标准中地源热泵的应用分析[J].中国标准化， 2017（22）：142～143.
　　[3] 何顺军.地源热泵在暖通空调设计中的应用及问题研究[J].建材发展导向，2017（5）：306～307.