地源热泵技术在暖通空调节能中的运用分析

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摘要：随着当前新能源利用技术的发展，地源热泵技术得到了广泛的应用。地源热泵技术在节能环保方面发挥了非常重要的作用。本文中主要探讨了该技术的工作原理及特点和在暖通空调中的节能应用，地源热泵技术在今后的应用发展中将会更加广阔的前景。

关键词：地源热泵技术；工作原理；暖通空调；节能

中图分类号：TE08文献标识码：A

一、前言

地源热泵技术作为一种新能源，在暖通空调工程中得到了广泛的应用，在节能环保方面发挥了重要作用，据相关资料显示，该技术比其他传统的供暖方式节能50~60%，并且具有投资小，成本低的优点，是今后暖通空调工程发展的重要方向。

二、地源热泵概述

随着经济不断增长，目前地源热泵技术的应用也日益广泛，在暖通空调工程中也发挥了非常重要的作用，具有非常广阔的前景。地源热泵技术按照地热能交换形式的不同可以分为地下水地源热泵技术、地上水地源热泵技术以及地埋管地源热泵技术这三大类。其中，地上水地源热泵技术需要以江河湖海为载体与地源热泵机进行冷热交换，但这种地源热泵技术仅仅适用于建筑物周围水源丰富的区域，受环境的制约性比较大；其次，地下水地源热泵技术需要通过热泵机内部的可循环换热系统与水泵所抽取的地下水进行冷热交换，它对建筑物的覆盖面积有着明确的要求，只适用于建筑周围平淡开阔的建筑物，在城市紧凑化建设中应用程度也不够广泛。

三、地源热泵技术的工作原理

地埋管地源热泵暖通空调系统最大的特点在于它将空调系统的热交换器埋在地下，以水源在高强度、高密封性塑料管环路中的持续、循环流动为载体，实现暖通空调与打的土壤进行冷热交换的目的。在夏季高温天气状况影响下，地埋管地源热泵机组能够将建筑物所吸收到的热能转移到地下存储，达到对建筑物降温的目的；在冬季低温天气状况影响下，地埋管地缘热泵系统又能够将地下土壤在夏季所储存的热能转移到建筑物内，同时将建筑物内的冷量转移到地下储存，达到为建筑物供暖的目的。作为自然界的现象，热量也总是从高温流向低温。采用热泵可以把热量从低温运送到高温.热泵实质上是一种热量提升装置.环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的1/3或更低，这也是热泵的节能特点.根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功(电能)起到补偿作用，使循环工质不断从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。

热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵(制冷)系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、和节流阀组成，还应有起到输送能量的循环工质.作为地源热泵，与传统的蒸汽压缩制冷不同的是地源热泵制冷省略了庞大的冷凝设备。

四、地埋管地源热泵暖通空调系统埋管形式的选择

地埋管地源热泵系统的埋管方式可以分为水平式与垂直式两种。在暖通空调系统实际设计工作中，根据施工区域内的地表面积、地质构造以及钻孔开支等因素对这两种埋管方式进行合理选择。就水平式埋管而言，虽然它期初的钻孔费用开支比较小，但其后期整个系统的换热性能较垂直式埋管而言要小得多，并且这种水平式的埋管受建筑区域地质构造的影响程度比较大，在暖通空调实际设计中的应用并不广泛。垂直式的地埋管地源热泵暖通空调系统才是研究的重点。

五、地埋管地源热泵暖通空调系统的优势分析

地埋管地源热泵暖通空调系统从本质上来说是可再生能源有效利用的技术之一。与传统意义上的建筑物供暖制热系统技术相比，这种地埋管地源热泵暖通空调系统在优化节能50％~60％的同时，也节约了40％~70％的成本费用开支，是经济性与节能型的有效统一。与此同时，地埋管尤其是垂直式地埋管对地下水资源的破坏程度低，高密封性能的环状塑料管对地下土壤的污染程度小，是适合我国当下生态型小区的建设要求的。并且整个暖通空调系统在供暖与制冷的作业过程中零燃烧、零排放，对建筑区域的适宜性比较强，整个热泵机组在供冷的同时也能供热，一机两用，既节省了投资又节约了系统占地面积。

六、地源热泵的特点

1．属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400m深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统.地表浅层地热源可以称之为地能((EartEnergy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能.地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多.它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。

2.环境效益显著

地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比，相当于减少40%以上.与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施，节能减排会更明显.虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量，属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此制冷剂泄漏机率大为减少.该装供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。

七、地源热泵技术在暖通空调设计中的运用

尽管地源热泵空调系统具有节能环保等许多优点，但由于受客观条件的影响，并不是任何工程项目都可采用。

对于只需制冷的工程：

（一）一般不宜采用闭式环路的地源热泵系统，因为闭式环路系统中冷却水与土壤或水体之间存在5到10摄氏度的传热温差，机组的冷却水温度虽仍比冷却塔出水温度低，能效比（EER）与用冷却塔时冷水机组的能耗比相比有所提高，且免除了冷却塔的功耗，但因地下埋管或水中埋管投资较大。

（二）地源侧水通过地下热交换器向土壤吸热比向土壤放热容易。这类工程宜采用能效比（EER）较高的常规冷水机组，由冷却塔向空气排放热量。我们认为，闭环系统较适合于有冷热负荷需要的空调系统，开环式地源热泵系统则适合于单冷空调和冷暖空调系统。

（三）在高层建筑的应用中，如果空调系统是分层分区域控制的，而地源侧采用垂直埋管时，则需考虑埋管的耐压问题。垂直埋管深度通常在45m到150m之间，当建筑层数超过9层时，系统静压将可能超过管道的额定压力，但考虑地下水的静压抵压作用后，垂直埋管能适应更高层的建筑。对于层数更多的建筑，可用板式换热器对地源侧水作高低压分区，在较低层设置水地源热泵机组，向高层房间末端设备集中提供冷（热）媒水。

（四）机组的选用要与地源热泵系统类型相适应

有的机组只适合在水环热泵空调系统中使用，有的较适合在开环式地源热泵空调系统中使用，有的各种型式都可应用，目前因名称不统一，易造成概念上的混乱，建设单位或安装公司订购设备时需细心。

八、结束语

综上所述，该项技术都将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术，无论从国家政策还是地源热泵技术本身特点的角度分析，其必将成为我国今后大力发展的中央空调系统的主流之一。根据实际情况应用不同形式的地源热泵技术能够很好的提高低温地热资源，并且可以克服传统热泵空调技术的存在的局限问题，具有实用价值的。

参考文献：

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