地源热泵空调系统降温技术性能分析

【摘 要】随着人们生活水平的日益提高，能源以及环保问题也逐渐成为人们所普遍关注的热点问题。而地源热泵空调中央空调系统，正是基于可持续发展理论所提出的一种节能环保的温室降温技术。本文从地源热泵中央空调的工作原理入手，深入研究并分析了地源热泵空调系统温室降温技术的性能及其所带来的社会效益。

【关键词】地源热泵；降温；温室；技术性能

通常情况下，地源热泵中央空调由水源热泵和土壤热交换器两部分组成。该空调系统是将热交换器埋在地下，并利用高强度塑料管组成一个封闭的循环系统，利用水流在管道中的循环流动，来实现地面与土壤之间完成冷热交换的功能。在夏季，将房内的热量利用地源热泵中央空调输送到土壤以下并加以储存，从而使得房内的温度得到大幅度降低；到了冬季，再利用热泵将储存在土壤中的热量输送到房内，从而使室内保持一个较为适宜的温度【1】。

一、地源热泵空调系统的工作原理

1、热泵的组成及其功能。与制冷的原理和系统设备组成及功能相同，蒸汽压缩式热泵系统的组成部分包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流阀等几部分。其中压缩机是热泵系统的核心，主要作用是将循环工质从低温低压处压缩并输送到高温高压处。蒸发器主要功能是蒸发经节流阀流入的制冷剂液体，将被冷却物体的热量吸收掉，从而实现制冷的效果。冷凝器主要功能是利用冷却介质将从蒸发器中吸收的热量以及压缩机消耗功所转化的热量带走，从而实现制热的效果。

2、热泵机组的分类。鉴于循环工质及环境换热介质的差异，可以将热泵机组的蒸发器和冷凝器形式分成水换热以及空气换热两大类，由此而形成的热泵机组则被分成四种，即水-水式、空气-空气式、水-空气式、空气-水式等。其中空气热源泵的冷热源为空气，但因为各地区空气温度差异很大，因而这种空气源热泵在我国长江以南地区的应用比较广泛。而水源热泵的冷热源为水，鉴于水的热容量大和传热性能良好，其制冷供热效率通常比空气源热泵要好，只是因为水源受限，因此其应用范围没有空气源热泵那么普遍。

3、地源热泵供暖空调系统的主要组成部分及其优点。地源热泵供暖空调系统主要包括室外地能换热系统、室内采暖空调末端系统以及水源热泵机组三大部分组成。由于地源热泵机组包括水-水式及水-空气式两种形式，因而三大系统之间的传递方式主要是你依靠水或者空气作为换热介质。

与空气热泵相比，地源热泵具有以下几大优点。首先，在全年之内温度的波动范围很小；其次，地源热泵系统在冬季工作时无需进行扫霜的操作，因而避免了不必要的损失；最后地源热泵还具有良好的蓄能功效【2】。

二、地源热泵空调系统的主要特点

1、可再生性。地源热泵吸热或者排热的对象是常温土壤或者地表水以及地下水等，其利用的能源为可再生的清洁能源，符合可持续发展的政策。

2、高节能性。地源热泵的冷热源在冬季是温度要高于外部环境、夏季则低于外部环境，因而一年四季温度比较稳定。

3、显著的环保效益。地源热泵的冷热源为土壤或水，因而不会对周围的环境造成太大的污染，且该系统在运行过程中并没有燃烧设备，所以也不会产生二氧化碳等温室气体，故而具有显著的环保效益。

4、运行安全稳定。鉴于土壤深处温度比较稳定，因而地源热泵不会出现像空气源热泵那种供热源不足的现象，所以其运行比较安全稳定【3】。

此外，地源热泵可适用与商场、宾馆、学校以及办公楼等建筑，应用范围比较广泛。

三、地源热泵空调系统的技术性能分析

（一）分析地源热泵空调系统的热泵机组技术性能

1、对热泵机组容量的合理选择。通常情况下，在长江以南的地区，因为冬季的热冷负荷相对而言比较偏低，所以一般在选择热泵时主要以冬季热冷负荷作为标准，并且可以适当将容量扩大，以避免出现制冷系统频繁运行而使得设备寿命大幅度降低的现象。

2、确定热泵机组的性能。若保持室内空气温度不变，那么土壤热泵的性能主要由热泵的进水温度来决定。因而要确保热泵的性能，就必须确保与进水温度相关的多个因素，例如土壤的类型、土壤换热器的型号及其容量大小、土壤热泵一年运行的时间等。

4、对室内末端系统的合理选择。土壤热泵系统的室内末端系统通常采取全空气系统、地板采暖方式以及风机盘管系统等方式。

（二）分析地源热泵空调系统的土壤换热器技术性能

1、土壤换热器布置方式的分析。目前采取的地源热泵地下埋管土壤换热器主要采取水平埋管和垂直埋管两种形式。其中水平埋管通常包括单沟单层或多层埋管，且多层埋管能够保证土壤的温度场相对稳定，因而应用范围较广。而垂直埋管多为U型管、螺旋盘管以及柱状管等，且埋入土壤的深度也有浅、中、深之分，其中浅埋与中埋的分界线为30m，而中埋与深埋的分界线为80m。

2、土壤换热器埋管深度的分析。通常情况下，浅埋管具有小投资、低成本且对钻机要求较低等优点，但因为占地面积较大且需要较多的管路接头，因而热效率偏低；而深埋管占地面积较小，因而具有较高的换热效率，只是投资和成本较高。中埋管则介于浅埋管与深埋管之间，在实际应用中比较广泛。

3、地下埋管系统环路方式的分析。地下埋管的环路方式包括串联和并联两种。其中在地下埋管的串联系统中，数个井均采取同一个流通的通路；而在并联系统中，每一个井都有各自的流通通路。

4、土壤换热器选材的分析。鉴于聚乙烯管和聚丁烯管的韧性和强度均极高的特点，因而这两种材料在土壤换热器的管材中应用比较广泛【5】。

四、地源热泵中央空调系统所带来的社会效益

参考河南工业大学行政办公楼和图书馆所采用的地源热泵系统实际经验，得出，在夏季利用该系统进行制冷和冬季利用其采暖，有效地避免了大量使用燃煤锅炉及燃油锅炉给大气造成严重的污染，从而保证了人们的身体健康。同时该系统还省去了建造锅炉房的费用，为学校节省了很大一笔资金。此外，利用该系统进行制冷及取暖，还有效地节省了建筑空间，有利于保持校园环境的美观。

结束语：作为一种高档次的经济型商品，地源热泵中央空调一方面能够有效地提供人们夏季所需的冷空气和冬季所需的热空气，使得制冷和取暖同时达到保证；另一方面还具有经济。节能以及环保等多方面优点，因而值得大力推广。

参考文献：

[1] 柴立龙，马承伟，张义等.北京地区温室地源热泵供暖能耗及经济性分析[J].农业工程学报，2010，（03）：102-105.

[2] 方慧，杨其长，孙骥.地源热泵—地板散热系统在温室冬季供暖中的应用[J].农业工程学报，2008，（12）：107-109.

作者简介：

李冠群，性别：男，出生：1983年10月03日，籍贯：河南商丘民权县，单位： 鸿大工程有限公司，学历：专科、职称：助理工程师、研究方向：暖通。