暖通节能中地源热泵技术的运用浅析

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摘要：本文就新时期地源热泵供供热技术在城市建筑发展中的应用为论点，对地源热泵的工作原理以及分类进行了详细的阐述，并指出暖通节能设计中地源热泵技术的运用特点，仅供参考。

关键词：地源热泵；工作原理；暖通空调；热泵系统：

中图分类号：TV96文献标识码： A

前言：

据调查，目前，我国采暖与空调的能耗约占建筑总能耗的一半还多，炎夏季节很多电网高峰负荷估计有1/3 用在制冷，导致很多地区用电极其紧张，拉闸限电经常发生。参考住房和城乡建设部2010 年的调查状况，国内建筑运行能耗估计占全社会总能耗的30%，像国内新建建筑全方位执行节能标准，公共建筑能耗会降低一半，搞好建筑节能尤其是搞好暖通空调的节能是目前必要之举。

1.地源热泵的分类和工作原理

1.1 地源热泵的概念

地源热泵系统为应用地下的岩土当作稳定的蓄热体，把地下浅层的热资源，经过少许的高位能源，把低温位能往高温位能转移，来达到冬季取热储冷的目的，夏季取冷储热的节能系统，为当前效率高、对环境最好的热水、取暖以及制冷系统之一，为经济效益、社会效益以及生态效益突出的公益技术，大家称之为二十一世纪的“绿色空调技术”。

1.2 地源热泵的分类

参考地热源的类别和方式不一样，地源热泵能够分为以下三种：

1.2.1 土壤源热泵

把大地当作热源，热泵的换热器埋在地下，和大地来作冷热交换。土壤源热泵系统主机一般选用水―水和热泵机组。参考地下热交换器的安设模式，通常情况下分为垂直埋管、水平埋管以及蛇行埋管三种。

1.2.2 地下水热泵系统

地下水热泵系统，为一类以水体当作低位热源，应用地下水式水源热泵机组给空调系统提供冷或热水，再经由空调末端设备来房间空气调节的系统模式。地下水热泵系统的优点为造价一般比土壤源热泵系统低，还有水井非常紧凑，不占用场地，技术也相当成熟，水井承包商也非常多。

1.2.3 地表水热泵系统

地表水热泵系统一般有开路与闭路系统。地表水热泵系统的优点是相对造价低、泵耗能小、维修率不大和运行费用不多。在寒冷地带，开路系统并不好用，只有选用闭路系统。

1.3. 地源热泵的工作原理

地源热泵供暖空调系统一般为三部分：室外地能换热系统、热泵机组以及室内空调末端系统。工作机理便为在地下安设管道当作换热器，管道和热泵机组连接生成闭式环路，管道里面有液体流动经过循环把热泵机组的凝结热经过管道散进地下，或由大地吸收热量供给热泵机组往建筑物供热。

2.地源热泵系统的特点和优势

2.1 地源热泵系统的特点

2.1.1 节能、高效

地温通常情况下为16℃左右，多少高于地区平均温度1 至2 度，让热泵不管在制冷或制热工况中都位于高效率点。当地源热泵空调系统在供给100 单位能量时，大部分的能量来自于土壤，30%的能量源于电力，用在把土壤里面的热量转移到屋内。和锅炉供热系统对比，锅炉供热仅仅把90%以上的电能转换为热量给用户应用，但是地源热泵空调系统的转换效率最大值能够达到4.7，所以它一般比电锅炉加热节约三分之二还要多的电能。

2.1.2 节省建筑空间、便于运行管理

地源热泵未设冷却塔和别的室外设备，不需要锅炉房、冷却塔和附属的煤场、渣场所的占用地，节约了大量的地皮，具有一定的经济效益，有助于改善外部环境外部。热泵机组质量稳定，没有很大的集中机组，不需要专人值守，在很大程度上降低维修和维护费用，能够实现机组单独计费，分户计量，有助于业主对系统的管理。

2.1.3 绿色、环保、无污染

对于地源热泵空调系统，冬季用不着锅炉，没有燃烧产物排放，能在一定程度上降低温室气体的排放，不但对环境具有一定的保护作用，还遵守了《全球气候公约》。在夏季也是把热量传入地下，无一切气体向大气排放，一旦获得普遍应用将能够在一定程度上减小温室效应，舒缓全球变暖的进度。

2.2 地源热泵系统的优势

2.2.1 地源热泵的社会效益

国内的能源结构一般依靠矿物燃料，尤其是煤炭。矿物燃料燃烧后生成很多的污染物，位导致温室效益的关键元素。选取地源热泵可以在一定程度上降低一般供热和空调对大气的污染，为一个利国利民工程。

2.2.2 地源热泵的经济效益

地源热泵系统能够达到对建筑物的供热与制冷的目的，还能够供生活热水，一机多用。一套系统能够代替以前的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，不用锅炉房与冷却塔，省去了建筑空间，也有助于建筑的美观。不一个地区，不一样的地质状况，不一样的能源结构和价格等均会直接干扰到其经济性。

3.地源热泵在暖通空调应用中存在的问题

然而，地源热泵也不是非常完美，一般还有些缺陷：初投资非常高，一般是钻孔费与地下埋管材料费特别高，估计占总投资一半还要多，另外需要占用相当的地下面积；安设工艺要求非常高，施工工期特别长，一旦设计与安装不恰当，将不易完全表现其优越性，无法获得应有的节能成效；易受到不一样地区、不一样用户及国家能源政策、燃料价格的干扰；冬夏季排取总热量一直就不平衡，让土壤年吸、释热量也是如此，运行很多年后易导致热泵机组运行效率降低；选用地下水的应用方式，将得到当地地下水资源的约束，易造成地下水氧化，出现很多的水文地质化学变化和生物变化等状况。

4.地源热泵中央空调系统的设计

地源热泵中央空调为一个齐全的系统工程，专业化的设计与施工保证了空调系统的合理性，若要表现出工程的高档与时尚，重点要搞好设计、施工以及运行调试三个重要阶段，其中设计为最重要的，也位特别关键的。

4.1 地源热泵中央空调系统的确定

地源热泵中央空调为很好的选择，然而一定要对建筑物的功能、环境以及土质水文进行明确的认识，进行详细的调查后，才能确定这一方案。

4.2 建筑物系统勘查：

在确定地源热泵系统的模式之前，当对工程施工现场状况进行精准的把握，这便为现场勘测。

4.3 地下岩土热物性参数的检测

地下岩土的热物性参数为土壤换热器设计中关键的依据。热物性参数的正确能确保设计的可行性。不会出现负荷不够的状况，导致浪费。一般的方法选定岩土热物性参数为用钻孔获得的样本研究附近的地质状况，再经由查阅有关资料明确导热系数的范围，另外地下地质状况的繁杂，影响土壤导热系数的原因非常多，造成计算的地埋管长度偶尔相差特别大。

4.6 热泵机组的选择

机组的选择一定为地源热泵专用机组。现在市场上很多应用者把地源热泵、水环热泵以及冷水机组分不清楚。所以在选型时务必要标清楚应用条件。一般情况下在选用水源热泵机组替代地源热泵机组时当有一个修正参数，修正系统制冷量为0.98，输入功率是1.03。修正系数制热量是0.72，输入功率是1.02。

5.地源热泵的技术经济性评价

地源热泵不但可以供暖和空调，而且还环保和节能，然而地源热泵是否具有经济性一直为一个特别重要的问题。因为牵涉到的因素非常多，不一个地区，不一个能源结构和价格等均会对地源热泵的经济性造成一定的影响，这里只经由对地源热泵和一般的供暖空调模式来比较，讨论它的经济性。地源热泵供暖经济性能够和一般的燃煤、燃油以及天然气锅炉作对比。地源热泵经济评价参数一般为：初投资、成本，及现金流量表有关经济参数。

6.结语

开源节流，特别是开发多种可再生新能源会为我国经济可持续发展的重中之重。国内地域宽广，具有丰富的地表浅层地能资源，根据各地的实际情况采取各种形式的地源热泵技术能够在一定程度上提高低温地热资源，还克服了一般暖通空调技术的限制与不足，为相当有意和具备实际价值的，在减少能源浪费、保护环境不受污染和城市现代化等具有重大的意义。

参考文献：

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