刍议地源热泵在暖通空调设计中的应用

郭建忠

华通设计顾问工程有限公司北京市100037

【摘要】城市化进程的加快，带动了建筑行业的飞速发展，人们对于建筑内部空间提出了更高的要求，暖通空调系统逐渐得到了广泛应用。但是，空调机的大量使用，不仅对自然环境造成了巨大的破坏，而且需要消耗大量的能源，在当前可持续发展理念背景下，对暖通空调进行合理设计，实现节能环保目标，是非常必要的。地源热泵的应用，可以在满足建筑实际需求的同时，实现节能减排的目标，因此得到了相关设计人员的重视。本文结合实例针对暖通空调设计中地源热泵问题进行了多方面的研究。

【关键词】地源热泵；暖通空调设计；应用

地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经比较成熟，而且经过多次的示范实践，肯定其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，虽然其初投资比常规采暖空调系统大，但可以大大节省运行维护费用。据世界环保组织估计，设计安装良好的地源热泵，平均可节约用户30%-40%的采暖空调运行费，因此它将成为大有发展前景的采暖空调技术。

一、地源热泵的特点

1.地源热泵应用的优势之处。

（1）按热泵驱动的形式，可把常见的热泵分为四种：肌械压缩式热泵；吸收式热泵；蒸汽喷射式热泵；热电热泵。

（2）地源热泵存在以下优点：首先在这种地源热泵的方法中，机械压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵，我们需要我们的技术人员拥有一定的技术专业性，需要进行大量的人员定期培训，人员素质培训、人员技术培训。这项工作需要我们的技术人员要有一颗细致缜密的心，针对一些数据要有一定的准确性，不可以大意马虎。但在热电热泵中，通过我们技术人员的不断努力，设计出一种从热电热泵中排出的气体不会对周围环境造成任何污染，不仅能够净化我国的大气环境，噪声污染电极大的降低下来。

2.地源热泵应用的劣势之处。地源热泵的缺点主要体现在以下几点：

（1）目前在我国，由于人们对森林植被的大量砍伐与破坏，生活污水、工业废水的随意排放，导致很多树木的减少，绿色植被的减少，土壤就会慢慢松动，它的特性也在逐渐的降低。然而在地源热泵当中，土壤的性质是非常重要的，直接影响着地源热泵系统的性能好坏。我们的技术人员通过对土壤的气候条件与土质条件的掌握，能够更有效地把土壤的热性与湿性运用到地源热泵设计当中，能够使屋内的温度达到人们感觉舒适的温度。

（2）不同冷、热负荷下，地下换热器与热泵系统最佳匹配技术的研究不够。20世纪90年代以来，地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能换热器匹配等方面。与前一阶段单纯采用“线源”传热模型不同，最新的研究更多地开始关注相互耦合的传热、传质模型，以更好地模拟地热能换热器的真实换热睛况。

（3）热泵技术与其他技术的配合问题：地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调、做好充分的技术经济分析。

二、实例分析

1.概况。某小区的总体面积在30万m2，而空调面积达22.8万m2。在建筑结构布置过程中，多数是把环形当成重点结构，且小区内业布置了相应的绿化地，小区主要结构形式按照11栋楼组合起来，，具体情况为8栋住宅楼，1所幼儿园(9#)，1座中央会所(11#)，1栋综合服务楼(10#)。

2.设计参数。第一，室外参数对空调室外参数的设计必须要按照暖通工程设计的相关标准进行，对于温度及内部结构的控制都需要达到实际标准需要。夏季室外空调计算干球温度33.2℃，湿球温度26.4℃；冬季室外空调计算干球温度-12℃，相对湿度45%。第二，室内参数对空调房间参数的设计则要结构空间内部的主要结构情况，夏季温度26℃，相对湿度≤60%：冬季温度20%(卫生间25℃)，相对湿度≥30%。

3.室内末端系统设计。户内空调末端设备时在冬、夏季时期，所有的都选择卧式暗装风机盘管加以控制，这样才能保持室内空气的清新。通常风机盘管按照房间功能及装修需要进行设计，多数情况选择与房间内适合的风口形式，这种结构在商业建筑中也很适合；考虑到避免动态的热气会在运转中出现异常情况，则处理时需保证风机盘管多数为高静压型。室内水系统的分布则要根据建筑内部结构的实际情况设计，通常需要使用导一次泵、两管制系统，对公共部分的设计要增加相关装置，如：空调供、回水管井等，而水管分布集中为异程式布置。7／12℃的冷水由处在地下室的水源热泵机组夏季提供，冬季提供45%／40℃的热水。对各个供水管上需提供相应的调节装置，这样可以保证回水管上不会发生流量失衡的问题。户内连接水管按照设计结构采取走道、过道、卫生间、厨房等不会影响到装置功能的位置，由此能将整个建筑内部结构美化处理，并保证空调系统作用的发挥。

4.冷、热源系统设计。本次研究的全部水源都是来自于外界的井水，为了防止所用水中的杂质进入机组，井水必须要经过沉淀处理才能使用。然后通过旋流清理机组内的杂物，这样是为了设备处于稳定的环境下运转。根据设备具体的运行条件，对井水侧选择定流量系统，同时配备相关的操作中黄纸。地源热泵系统用户侧的空调循环水泵与机组选择之间，在联合是采取的原则为“先并联后串联”，循环水泵既能和机组实现一对一供水，以此保证各个装置之间协调运行。对分、集水器两者需要配备相应的装置，通常使用压差旁通阀，这些对于空调循环水系统的使用有促进作用。

5.室外管网系统。若地下水地源热泵系统能够按照标准形式设计，那么在全年时期里这种系统均可发挥理想的控制效果。一年中在不同的时间段里，地下水都能保持着均衡状态，抽取的井水再次回灌到相同的水层，含水层的水量就能受到保护而布置于损坏。

（1）抽水井、回灌井。抽水井、回灌井的布置需要按照实际场地情况而定，不仅要维持地源热泵空调系统的稳定运行，还要方式水井能源过度耗损。按照工程施工的具体标准，对收集到数据实施分析后，保证各个井的平均井深要为120m，设计降深为8-10m。抽水量在103m3／h，回灌水量在60m3／h，静止水位为地下34m，动水位平均约为地下40m。按照计算后得到的结果对水源热泵机组的型号合理选择，室外共需30眼井，1眼井是观测井，这样可以对地下水的运行状态及时掌握探测，井水出水温度常年在16℃。井水系统可划分成两个时期，一期需要使用的井水量473m3／h，根据这个标准规划一期需13眼井，将结构设计成5抽8回；二期共需井水量549m3／h，结构设计成6抽10回。30眼井按照小区外围布置，井间距需大于30m。抽水井、回灌井孔径均为425mm。

（2）蓄水池及回灌水池。由于每个机房选择的内机型号不同，在设计时应该采取针对性的处理方式，保证水量能均匀布置。为了能让这一问题得到处理，我们应该对两期井水系统机组、井等相应的位置中，建立蓄水池来满足用水需要。施工时要先把井下水转移到蓄水池里，然后根据设计的装置把井水转移到各个机房以供使用，这样可以达到机组运行的要求。若对水池设计有更高的要求，则必须要降低井口的数量，对于不同的季节同样需要做好数量调整，这一才能让蓄水池的作用得到发挥。

6.控制系统。第一，热泵机组的自动控制系统：为了实现系统的有效控制，通常要对各台热泵机组装设微电脑控制设备，这样是为了达到冷热水的控制效果。按照空调内容回水温度，对控制热泵机组压缩机开启台数，且保证各个机组的运行时间处于相同水平。第二，水池的控制系统：采取的主要措施是通过水池的水位控制深井泵的开启。第三，井群控制：对每期的井水系统中的井进行分组，以便于控制。

我国地域宽广，蕴藏着丰富的地表浅层地能资源，因地制宜地采用不同形式的地源热泵技术可以有效地提高低温地热资源，同时克服传统热泵空调技术的局限与不足，是非常有意义和具有实用价值的，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。

参考文献：

[1]胡滨.暖通空调设计中地源热泵的应用[J].城市建设理论研究，2012，19(19)；42-45.

[2]邵明亮.地源热泵在建筑空调设计中的应用分析[J].科技致富向导，2011，24(30)；619-620.

[3]张凯，黄艳秋.浅谈暖通空调设计中地源热泵的应用[J].程式建筑研究，2012，13(33)；316-317.