浅析地源热泵与低温地板辐射供暖联合运行的应用与安装

摘要：地源热泵中央空调系统是利用地下浅层地热资源进行供热、供冷的、无污染、可再生的新能源节能技术。低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统，该系统以整个或部分地面作为散热面，其地板散热面主要以辐射热的形式向室内散热。

关键词：地源热泵 低温地板辐射采暖 竖直埋管 综合传热系数

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

地源热泵是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

1 地源热泵简介

地源热泵在国内也被称为地热泵。根据利用地热源的种类和方式不同可以分为以下三类：土壤源热泵或称土壤耦合热泵（GCHP）,地下水热泵（GWHP）,地表水热泵（SWHP）。地源热泵是有效的利用土壤的良好蓄热及蓄冷特性进行的热力学逆循环即利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种工程应用技术技术。

地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

地源热泵工作原理是：在夏季供冷时，地源热泵技术利用地下环境温度较低的特点，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以冷风的形式为房供冷。地源热泵与冷凝器直接与空气环境进行热交换的普通空调器制冷相比，比普通空调节能50%以上。在冬季供热时，地源热泵系统通过埋藏在地下的管道将储存在地下的热能通过传热介质吸收，作为逆循环中的低温热源，通过输入少量的高位电能使热泵压缩机完成逆循环，并向用户提供高品位的热能。以下结合土壤源热泵或称土壤耦合热泵重点介绍一下。

2 土壤源热泵热交换器布置方式

根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。

2.1垂直埋管换热器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分为浅层（100m）三种。埋管深，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。埋管浅，地下岩土温度不稳定，钻孔占地面积较多，受外界气候影响大，但相应钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价降低。总的来说，垂直埋管换热器热泵系统优势在于：（1）占地面积小；（2）土壤的温度和热特性变化小；（3）需要的管材最少，泵耗能低；（4）能效比很高。而劣势主要在于：由于相应的施工设备和施工人员的缺乏，造价偏高。

2.2水平埋管换热器有单管和多管两种形式。其中单管水平换热器占地面积最大，虽然多管水平埋管换热器占地面积有所减少，但管长应相应增加来补偿相邻管间的热干扰。水平埋管换热器热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工人员易找，又加上许多小区有足够大的施工场地，因此造价就可以减下来。除需要较大场地外，水平埋管换热器系统的劣势还在于：运行性能上不稳定（由于浅层大地的温度和热特性随着季节、降雨以及埋深而变化）；泵耗能较高；系统效率降低。

2.3蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器20%～30%,但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器。

3 低温地板辐射供暖

低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统，该系统以整个或部分地面作为散热面，其地板散热面主要以辐射热的形式（约占总热量的61.25％）向室内散热。

3.1地板辐射采暖管材

地板辐射采暖常用的管材有钢管、铜管和塑料管。由于塑料管具有无接头、容易弯曲、易于施工等优点，因而在工程中被广泛使用。常用的塑料管有:交联聚乙烯PEX管、改性聚丙烯PP一C管、聚丁烯PB管、交联聚乙烯铝塑复合管XPAP等，它们具有抗老化、耐腐蚀、不结垢、承压高、无环境污染、不易渗漏、水阻力及膨胀系数小等特点，在50℃环境下使用可达50年。不论采用何种管材，管件和管材的内外壁应平整、光滑，无气泡、裂口、裂纹、脱皮和明显的痕纹、凹陷;管件和管材颜色应一致，色泽均匀；装卸、运输时应小心轻放，不能受到剧烈碰撞和尖锐物的冲击，不能抛、摔、滚、拖，避免接触油污；在储存和施工过程中，要严防泥土和杂物进人管内，存放处应避免阳光直射。

3.2低温地板辐射采暖埋管铺设方式

(1)直立型:随水流板面温度逐渐降低，首尾温差大，板面温度场不均匀。

(2)旋转型和往复型:铺设复杂，高低温管间隔布置，板面温度场均匀，供暖效果好。每个支环路一般为60一80 m，最长宜≯l20m，原则上采取一个房间一个环路，房间面积大的，以20―30m2扩为一环；每个环路宜采用整根管道，中间不允许有接头，以防止渗漏;靠近外墙、外窗处由于热损失大，加热盘管的间距应布置得小一些，以维持该处的地表温度。

4 结束语

4.1由于地源热泵所用浅层大地的地能，而埋管换热器的传热受到土壤的直接影响，故各地区土质对地源热泵的工作性能影响较大，具体埋地换热器的换热特性，在施工中如何选择埋地换热器也是制约地源热泵推广的重要因素之一。

4.2低温地板辐射供冷由于地面在温度较低时容易结露或即使不结露也会使室内空气湿度升高，使室内环境变差，降低室内湿度是夏季采用地板供冷的关键，也是地源热泵与地板辐射供暖（供冷）联合运行的关键所在。

参考文献：

[1]《采暖通风与空气调节设计规范》 GBJ19

[2]万仁里 谈地源热泵 建筑热能通风空调 2002第3期 46-47

[3]刘宪英等 地源热泵地下埋管换热器传热模型的综述 重庆建筑大学学报 1999（21）第4期 106-110

[4]朱赛鸿 低温地板辐射采暖技术及在住宅中应用的可行性分析 河北工业大学学报 2001（30）第6期 94-97

[5]周倩、李新国等，垂直埋管式换热器及周围土壤温度场的实验研究，全国暖通空调制冷2002年学术年会《论文集》上册，P806。