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暖通空调设计中地源热泵的应用讨论

发表时间：2021/6/29 来源：《基层建设》2021年第6期作者：耿超

[导读] 摘要：随着目前全球化变暖趋势不断地加剧，空气质量指数每天波动范围增大，空气中的有害物质在不断地增加，这给人们的日常出行和工作生活造成了很大的影响。

        新疆城乡岩土工程勘察设计研究院（有限责任公司）新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：随着目前全球化变暖趋势不断地加剧，空气质量指数每天波动范围增大，空气中的有害物质在不断地增加，这给人们的日常出行和工作生活造成了很大的影响。所以暖通空调的需求量当前在逐渐地增加。在空调设计中我们可以应用地源热泵，探究地源热泵在暖通空调设计中的应用价值，本文针对具体的应用情况进行分析，下希望能够为广大设计者提供一些帮助。
        关键词：暖通空调；地源热泵；空调设计
        地源热泵技术是一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式。在欧洲的很多国家应用已经有了几十年的历史，应用范围可以涉及到空调还有采暖和生活热水供应等领域。所以在进行暖通空调设计的过程中我们也应该充分的利用地源热泵这种技术，全面的提升技术的水平，达到环保节能等多方面的效果。本文将探讨地源热泵技术在暖通空调节能中的运用，希望可以给相关的工作人员一些启发和参考。
        一、地源热泵空调系统的特点
        它属于可再生能源利用技术，地热本身就是一种可再生资源，每一处都是存在的，应该说取之不尽用之不竭，不需要再去消耗其他任何的资源。另外就是具有高效节能节资的特点，能够搬运和提升几倍的热能，一次的能源利用率甚至超过了百分之百，和传统的供暖供冷方式相比，超过了百分之三十以上，具有着制冷和制热的双重功效。而且它的运行也是比较稳定和可靠的。地缘温度一年四季都是相对比较可靠和稳定的，波动的范围应该说远远小于空气。热泵机组运行相对比较的稳定，而且具有高效和经济的特点，不会受到冬季除霜这些问题的影响和干扰。再有就是地源热泵空调系统具有着显著地环保效益。热泵机组不需要进行燃烧，也不需要排烟，没有废弃物，不需要进行燃料和废弃物的堆放和来回的搬运。最后就是这一系统的应用范围比较的广泛，能够制冷和供暖，可以提高生活用水，实现一机多用。尤其是对于同时需要供热和供暖的建筑物，这个系统更是具备了明显的优势，能够节约大量的能源，也可以减少设备初期的投入，大型的设备可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑；小型的地源热泵更适用于别墅住宅的采暖、制冷、提供生活热水。
        二、地源热泵分类
        （一）土壤源热泵
        土壤源热泵主要是利用地下岩土层中热量的一种封闭循环的热泵系统。热泵的换热器一般埋在地下的位置，和大地之间完成者冷热之间的交换。通过循环液，这里可能是水或者以水为主要成分的防冻液为主，在密闭的地下埋管进行流动，实现了系统和大地之间的传热。在冬季需要供热的时候，流体会从地下去收集热量，然后借助系统将热量带入到室内。在夏季需要制冷的时候，这个系统会实现逆向运行，也就是从室内带走热量，通过系统把热量送到地下岩的土层当中。
        （二）地下水源热泵
        地下水源热泵系统当中的热量是从水或者废弃的矿井中抽取的地下水获取的。比较常见的一种系统形式就是采用一侧连接地下水，然后另一侧连接热泵机组，地下水热泵所使用的一般是深度在五十米以内的浅井，这样在造价上面肯定要低于土壤源热泵，水井和水井之间也可以做到相对比较的紧凑，这样能够节省占地的面积，技术上面目前也已经比较的成熟。但是这种系统也存在着一定的缺点，它可以提供的地下水是有限的，在水的处理方面相对比较的严格，而且抽取的地下水需要全部回灌并且不能受到任何的污染。
        （三）地表水源热泵
        地表水源热泵系统的热源是池塘还有湖泊和河溪当中的地表水。地表水源热泵分为了闭路还有开路系统。在寒冷地区，开路系统并不适合，所以我们只能采用闭路系统。地表水源热泵的造价还是相对比较的低廉的，而且泵耗能也相对较低，在维修的时候比较的方便，所需要的运行费用较少。当然这种系统也存在着一定的问题，比如其会受到自然条件的限制。在公用河流当中还有管道和水中其他设备就有可能受到一定的损害，比如河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，就容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。

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        三、水源热泵空调系统设计内容
        （一）确定建筑物的冷热设计负荷
        设计负荷是用来确定系统设备的大小还有型号的。我们需要根据设计负荷来设计空气的分布系统，比如送风口还有回风口和风管系统等等。设计负荷计算一定要根据当地设计日的标准设计工况为依据。在确定建筑物最大负荷的同时一定要逐时的去计算每个方面还有每个区域所需要的负荷信息，从而求出其中的最大值。为了能够进一步分析地源热泵系统能源消耗的情况，一定要对建筑物进行能源消耗的计算，一般会采取度日法还有逐时法。度日法这种计算的方式比较的简单，但是不是特别的准确，如果系统运行效率需要受到室外空气条件影响的时候，我们就不能采用度日法来进行能耗的统计和计算。温频法是将全年温度划分为若干组，分别计算系统在每个温度组内的能耗量。这种方法考虑到了室外空气影响和部分负荷工况的影响，这样的方式可以借助精准划分来满足特殊系统要求。逐时法主要是用于需要确定大量细节的大型建筑的能耗计算，因为这种方式需要较大的计算量，所以我们通常采用计算机完成计算。
        （二）热泵系统的选择
        1、热泵容量的选择
        首先需要考虑的就是热泵容量的选择。热力循环原理表明统一热泵不可能同时满足冷热这样的两种负荷，选择热泵容量的依据是根据热负荷还是冷负荷是我们需要考虑的问题。那么在考虑到这个问题的时候我们首先需要想到的就是人体的舒适度。如果系统选择不合理，制冷或者制热的能力偏大或者偏小都不能给人们带来舒适感。如果系统制冷量比冷负荷大，系统会出现频繁启动的情况，这样就可能造成盘管平均温度升高，也无法去除空气中的湿度，而且频繁的循环也可能降低设备使用的寿命，使得运行效率无法得到提升，增加运行成本。而且设备的选择过大也可能增加系统初投资。所以在选择的时候我们也要根据当地的实际情况做出科学合理的选择。
        2、热泵性能的确定
        假如其他的变量，比如空气的体积流量还有室内空气温度等这些保持不变，那么地源热泵的性能主要会受到热泵进水温度的影响。一定要确定好室外空气和进水温度之间的关系，进水温度会受到多个因素的影响，比如一年内的运行时间还有地热换热器类型和大小等等。在季节发生了变化的时候，系统不能频繁运行，那么进水温度基本和地下的土壤是保持一致的。
        3、地热换热器的负荷计算
        地热换热器的设计应该知道在某个特定阶段从地下吸取的热量或者释放地下的热量，一般应该满足一年中最冷和最热月的基本要求。在供冷季节，输入系统中的全部能量需要释放到地下，这些能量包含了系统热负荷、系统耗功量和地热换热器循环泵的耗功量。而到了供热季节，从地下吸收的热量等于设备的制热量减去输入的电功。输入的热量包括压缩机耗功量和地热换热器循环泵的耗功量。
        结束语：
        总之，我国地域宽广，蕴藏着丰富的地表浅层地能资源，因地制宜地采取不同形式的地源热泵技术可以有效地提高低温地热资源，同时克服传统暖通空调技术的局限和不足，是非常有意和具有实际价值的，在节约能源、防治环境污染和城市现代化方面有着较大的意义。所以我们需要在暖通空调设计中合理的应用地源热泵系统，本文就此进行了分析探究，希望能够进一步发挥出地源热泵系统的价值，使得地表浅层的低能资源可以得到充分的利用，做到保护环境和节能前排双重功效。
        参考文献：
        [1]李栋林.地源热泵在暖通空调设计中的应用[J].建筑•建材•装饰，2019，（17）：209-210.
        [2]赵光宇.简析地源热泵在暖通空调设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2020，（20）
        [3]周燕娟.地源热泵在暖通空调设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（24）：