刍议暖通工程中地源热泵技术的应用

摘要：加强暖通工程中地源热泵技术的应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对暖通工程中地源热泵技术的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词：地源热泵；暖通空调节能；应用

中图分类号：TU96+2文献标识码：A文章编号：

我国能源的消耗量在日益增大，地源热能作为是一项低能耗的技术，可以满足人们不同的冷暖需要，而且还环保节能，所以受到了人们的信赖。地源热能主要是以土壤、地表水以及地下水等作为热泵冬季取暖供热的低温热源和夏季制冷的冷却源的系统。地源热能具有操作方便、环保节能以及冷暖热联供等优势，可以有效地解决公共设施建设中的冷暖热问题，所以地源热技术将会有广阔的应用和发展前景。

我国地热能的概况

我国具有丰富的低温环境资源，是世界上直接利用地热潜力最大的国家。地源热技术只需要土壤中的能量，不需要特殊的地下热水或者是地热田，只要有足够的浅层土壤就可以进行热交换，就能满足地热泵所需的技术条件。在我国的城市中，大约百分之三十到百分之五十的建筑物都具备所需要的条件，而且使用范围也没有限制，从南到北都可以，特别是在南方，需要较多的空调装置。在南方地区的土壤多属于多孔介质。土壤传输地热和存储热能的能力和土壤的地下水流动和土壤的含湿量之间有密切的关系。所以由土壤中的液体对流传热、液相导热和固相导热共同组成土壤的传热。如果在土壤中含有丰富的水分或者是有地下水存在时，将会在很大程度上将土壤传热的阻力减小，保证土壤的热交换效率较高。

地源热泵系统的性能特点

地源热泵属于可再生能源利用技术

地埋管地源热泵系统就是利用地下浅层土壤蕴藏的能量，通过地下埋管管内的循环介质与岩土体进行闭式热交换达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。地埋管式热泵系统是将岩土作为蓄热体，进行冬夏热量互换的供暖空调系统。夏季蓄积来自空调系统的热量，冬季将这部分热量置换出来用作采暖。综上所述，地埋管式热泵系统是一种可持续发展的建筑节能新技术。

运行可靠

在地表以下一定深度岩土的温度基本恒定，它不受大气环境温度的影响，因此这种地源热泵系统的效率比空气源热泵的效率要高，热泵冷却水供、回水的温度一年四季相对稳定（10～25℃），其波动的范围远远小于空气温度（3～37℃）的变动。夏季岩土层作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，利用岩层温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定。

高效节能

据资料显示，地表1.5米以下岩土温度全年保持10℃～25℃，相应经过换热后仍可以保证热泵机组循环冷却水温度冬季达到10～15℃，冬季地埋管换热器内的介质温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，COP提高；夏季冷却水温度达到 22～26℃，比环境温度要低，机组冷凝温度低，机组效率提高。过渡季节，水温较高只需要提供给高温热泵制取生活热水，效率远高于燃气热水锅炉的热效率（0.8～0.9）。

环境效益显著，安全性高

虽然机组本身也采用制冷剂，但其充灌量比常规的空调装置减少 25%左右，而且机组出厂前就充灌制冷剂并整装密封好，制冷剂泄漏的几率大大减小。机组使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗的是一次能源，其所产生的污染物和二氧化碳等气体会对周围的环境产生影响。由于采用地源热泵机组可以实现冬夏季的高效运行，大大降低了电能的消耗，节能效果显著。

工程应用实例

本工程是某大型别墅地源热泵和冷暖底板空调的系统工程，采用φ25×2．3型的铝塑复合管作为竖直地埋管，埋设的方式为U 型管并联。设计的钻孔深度为六十五米，孔径为11厘米，孔间距为三米，在地面上将对埋管进行连接试压，在合格之后将其放至六十五米的空深处。取65W/m作为单U型管地下换热器单孔换热量，并钻三十九个孔。地下埋管的总长度为4690米，再加一部分水平管线，管道的总长为6920米，室内管采用管径φ20的PEX管，采用双回型的方式来铺设室内地板水管。管间距的平均值为20厘米，在管间下垫1.2厘米的苯板实现保温，而且在苯板表面存在一层铝箔；测点的布置情况为：将热电偶布置在热泵的用户侧和水源侧的进水口和出水口，实现对水源侧和用户从进出水温的测试。将热电偶布置在标号为6*、22*、23*以及37*地埋管竖井的管壁，位置分别在55、45、35、25、10、1米的深处，对土壤温度变化的情况进行测试，每隔十分对电表的数据进行读取，主要是对主机、用户侧水泵以及水源侧的耗电量进行读取，用温湿度制动记录仪对室内的温度进行测试，测试高度分别为：0.2、1.7和2.5米。每隔半个小时用辐射温度枪采集一次各壁面的温度数据。

由于冷暖负荷比较大，为了起到膨胀水箱和蓄能作用，可以制作一个小型的及水箱。在夏季由于高峰期的负荷较大，室内侧的风机盘管和地板辐射共同供冷，在冬季由地板辐射单独承担负荷；要规划好灌浆池之后再进行地下埋管打孔，在钻孔时会有泥浆产生，可以用这些泥浆作为回填物。在施工过程中要就近使用资源，用一个储水池将用过的水储存起来以便重复利用。

在室外温度为十三摄氏度时，当主机运行稳定时，用户侧进出水的温差为8.50C，地源侧进出水的温差为3.50C；对六十五米地埋管换热器上面三十米的温度变化较大，后三十米的温度变化不大，室内的温度分布的较为均匀。达到设定温度需要较长的时间，但是在主机停机后有较好的保温效果，在关机三小时之后，室外温度为150C，而室内温度仅仅下降了10C。

经过实际测试，本工程达到了预期的效果，所以该空调方式将有着广阔的发展前景，由于钻孔占到了很大部分的投资，所以地缘热泵系统的造价一直都很高。假如地下换热器埋管的面积较大，要采用复合地源热系统，对于双制空调要设置阀门开度自动控制装置来保证空调的运行和转换，对于新风系统可以采用新风机送风，提高室内空气的质量。

对地源泵供热空调系统经济性的分析 第一，该系统可以实现对建筑物的制冷和供热，还能提供生活热水。一套系统就可以代替原来的两套装置，节省了建筑空间，而且还美观；第二，提高了一次能源的利用率，高效节能，该系统和传统的空调系统相比，运行的效率较高，大约百分之四十到百分之六十；第三，由于地源温度较为恒定，因此整个系统也稳定可靠，所需的维护费用也不高，提高了系统的高效性和经济性。

4、使用地源热泵技术需要注意的事项

在使用地源热泵技术时，需要注意的问题有：第一要采取可靠的回灌手段；第二，如果对地源热泵机组来说，水质不适合的话，要采取有效的措施进行处理，延长机组的使用寿命，降低维修费用；第三，在设计地下换热器时，要勘测和分析建筑负荷、土壤特性以及回填材料；第四，为了确保空调节能环保的优势在最大程度上得以发挥，要合理的对整个系统进行配置。

结语

正是由于地源热泵技术具有节能环保以及性能稳定等优点，我们应该加大对其利用。尽管该系统在初期需要投入的成本较高，但是可以省下很多运行和维修费用。由此可见，该技术有着广阔的应用和发展前景。

参考文献

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