龔明哲

摘 要：暖通空調主要包括了采暖、通風和空氣調節(jié)三個方面的功能，做好暖通空調系統的設計，需要應用熱力學、流體力學和流體機械等方面的專業(yè)知識，應該得到設計人員的充分重視。地源熱泵憑借自身良好的性能，逐漸成為暖通空調設計的一種發(fā)展趨勢。本文結合地源熱泵的特點，對其在暖通空調設計中的應用進行了分析和探討。

關鍵詞：地源熱泵 暖通空調設計 應用

城市化進程的加快，帶動了建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對于建筑內部空間提出了更高的要求，暖通空調系統逐漸得到了廣泛應用。但是，空調機的大量使用，不僅對自然環(huán)境造成了巨大的破壞，而且需要消耗大量的能源，在當前可持續(xù)發(fā)展理念背景下，對暖通空調進行合理設計，實現節(jié)能環(huán)保目標，是非常必要的。地源熱泵的應用，可以在滿足建筑實際需求的同時，實現節(jié)能減排的目標，因此得到了相關設計人員的重視。

1、地源熱泵的特點

從概念方面分析，地源熱泵是一種利用淺層地熱能源（地下水、土壤、地表水等的能量），實現制冷或者供熱的高效節(jié)能系統。在實際應用方面，是指將傳統空調系統中的蒸發(fā)器或者冷凝器埋入地下，利用中間介質，在相對封閉的環(huán)路中，經過大地進行循環(huán)流動，從而實現與大地的熱交換，達到制冷、供熱或者調解空氣的目的。與普通空調系統相比，地源熱泵的熱能主要來自大地，因此可以有效減少對于能源的消耗。地源熱泵的特點主要體現在以下幾個方面：

（1）清潔性：電力是地源熱泵運行的重要保障，而地源熱泵系統在實際應用過程中，由于熱量主要來自大地中的熱能，因此不存在燃燒放熱的過程，可以有效減少對于周邊自然環(huán)境的影響和污染。同時，在相對成熟的技術支撐下，地源熱泵系統不需要配置相應的冷卻塔裝置和外掛機設備，因此在熱能的排放過程中，同樣不會對周邊環(huán)境造成影響。

（2）能效性：從目前的技術發(fā)展情況看，地源熱泵系統在實際運行過程中，對于能源的利用效率極高，例如，在冬季氣候狀態(tài)下，可以將室內的溫度維持在12-22℃的范圍內，明顯高于常規(guī)狀態(tài)的環(huán)境空氣溫度。而在供熱過程中，可以顯著提升熱泵在循環(huán)狀態(tài)下的蒸發(fā)溫度，對于提升整個地源熱泵系統的能效比是非常重要的。

（3）經濟性：與普通空調系統相比，地源熱泵系統中的冷卻系統冷凝溫度更低，制冷效果較傳統的冷卻塔式系統和風冷式系統更好。相關實踐數據顯示，在地源熱泵系統中，空調的供熱和制冷運行費用能夠減少30%-40%。不僅如此，與一般的鍋爐供熱、電能供熱系統相比，地源熱泵系統雖然也需要依靠電能運行，但是能耗極小，經濟性優(yōu)勢非常突出。

（4）可靠性：在地源熱泵系統中，對于系統的管理和控制全部都是由計算機進行的，可以有效保證系統在多工況運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性。同時，管理人員還可以通過遠程控制的方式，對地源熱泵系統進行控制和調節(jié)。

（5）穩(wěn)定性：地源熱泵系統可以在任何環(huán)境因素的作用下，確保熱源溫度的穩(wěn)定性，將其控制在10-25℃的溫度區(qū)間內，制冷和供熱系統也可以維持在3.5-4.4之間，與普通的中央空調系統相比，具有更高的穩(wěn)定性。

2、地源熱泵在暖通空調設計中的應用

在經濟發(fā)展的帶動下，人們的生活水平不斷提高，對于自身的生活和工作環(huán)境提出了更高的要求，暖通空調系統也因此得到了日益廣泛的應用和普及，可以通過對室內溫度和空氣的調節(jié)，為人們提供更加舒適的室內空間，因此，做好暖通空調設計工作，是室內設計的重點和關鍵。作為暖通空調的重要組成部分，地源熱泵根據地熱能交換形式的不同，可以分為三種，這里分別對其在暖通空調設計中的應用進行分析。

2.1大地耦合熱泵

大地耦合熱泵也稱土壤熱交換器地源熱泵，是指以地表淺層的土壤作為熱源或者熱匯，將耦合式地熱交換器以水平方式，放置在預設地溝內，或者以U型管的方式放置在豎井內，并于建筑內部的水環(huán)路保護相互連接。與傳統空氣熱泵相比，大地耦合熱泵的優(yōu)勢主要體現在幾個方面，一是一定深度的地下土壤溫度波動相對較小，而且對于地表空氣溫度的波動具有延遲和和衰減的作用，更適合作為熱泵的熱源和熱匯，能夠有效保證系統的高效運行；二是以土壤作為熱源和熱匯，不需要額外設置相應的冷卻塔和鍋爐，可以減少系統對于環(huán)境的污染；三是可以實現與太陽能集熱裝置的有機結合，通過土壤的蓄熱和放熱，實現更好的供熱和制冷效果。在實際應用中，一方面，應該對地下土壤換熱系統的類型進行選擇。在當前技術條件下，從埋管模式分析，可以分為垂直型和水平型，需要設計人員根據建筑的實際情況進行合理選擇，一般情況下多采用垂直型埋管模式；另一方面，應該地下換熱器管材進行選擇。由于管材需要埋設在地下，因此，從地源熱泵系統運行的可靠性和穩(wěn)定性出發(fā)，應該確保管材具備良好的耐腐蝕性和化學穩(wěn)定性，同時具備一定的強度和韌度，還必須對成本進行控制。綜合考慮各方面的需求，可以優(yōu)先考慮高密度PE管材進行地源熱泵系統的建設。

2.2地下水熱泵

地下水熱泵系統是指將地下水接入系統的熱泵機組中，利用地下深井水水溫相對穩(wěn)定的特點，實現熱量的交換。其優(yōu)勢在于，占地面積小，效果顯著，而且如果設計合理，幾乎不需要進行維護，不會產生維護費用，同時技術相對成熟，施工簡單。不過需要注意的是，在抽取地下水之后，需要及時進行回灌工作，避免對區(qū)域生態(tài)環(huán)境和地理環(huán)境造成負面影響；另外，在土壤內埋設大量的井水傳輸管道，可能會引發(fā)局部性的管道腐蝕問題。因此，地下水熱泵的形式在當前技術條件下，一般都是作為暖通空調的輔助項目，并不常用。

2.3地表水熱泵

地表水熱泵系統與地下水熱泵系統相似，不過是由潛在水面以下的塑料管道構成的，這部分塑料管道在構成形式上表現為多重并聯模式，在運行過程中所形成的地下水熱交換器，可以在一定程度上取代土壤熱交換系統。在暖通空調系統的設計中，地表水熱泵系統需要通過管道與建筑進行連接，以確保系統運行的穩(wěn)定性和可靠性。同時，需要充分考慮建筑所處區(qū)域的環(huán)境差異性，對管道和設備進行相應的防凍處理或防潮處理，避免氣候因素對于系統的影響和破壞。

3、結語

總之，在建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動下，暖通空調設計成為建筑設計的重要組成部分，直接影響著室內環(huán)境的舒適度。對此，相關設計人員應該充分重視起來，順應節(jié)能減排的號召，在暖通空調設計中應用地源熱泵系統，在保證系統功能正常發(fā)揮的基礎上，盡量減少對于環(huán)境的污染和影響，推動我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

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