阐述节能地源热泵技术在暖通空调节能中应用设计

摘要：本文分别就地源热泵构造及原理、地源热泵技术的特点、以及地源热泵系统在暖通空调节能中的运用进行了分析和探讨。
关键词：地源热泵；技术；暖通空调；节能；运用

引言：
地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。要想缓解我国的能源压力，可以采用地源热泵技术。

一、地源热泵系统概述

1、地源热泵的原理

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，是人类一年使用能量的500多倍。它不受地域资源等限制，量大面广无处不在，这种存储在地球表面浅层几乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁能源的一种形式。地源热泵可以充分利用地能，是一项可持续发展技术。地源热泵系统的核心装置是一个热泵机组,其理论基础是逆卡诺循环。地源热泵系统制冷时，可将浅层地下水或地表水作为散热体；供热时则将浅层地下水或地表水作为低温热源，通过消耗部分电能从低温热源中吸取热量，其供热量为消耗的电能与从低温热源中吸取的热量之和。

2、地源热泵系统的组成

通常来讲,地源热泵系统以满足用户以下三个要求: 夏季制冷、冬季供暖及全年生活热水,一个系统可以取代当前的空调和两种锅炉设备。
地源热泵系统主要包括热泵系统、室内末端系统、室外管网系统以及控制系统。对于土壤源热泵，各个系统之间的换热介质主要有土和水两种。水型地源热泵技术出现比较早，20 世纪60-70 年代就已经在欧洲地区得到广泛应用，它是利用浅层地下水中的热量作为低位热源，这种地源热泵系统一般用于地板辐射供暖；从20世80年代起，一些地下水比较缺乏的地区渐渐研发出了一种利用土壤中热量的方法，这种地源热泵被称为土壤源热泵，其室内系统一般采用风机系统供应热风或者冷风。

二、地源热泵的优点

1、高效节能：极大地利用了地球浅层地热资源，用1kw电可制造4kw以上的冷热量。

2、降低污染

地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比，相当于减少了40%以下的排放量；比燃煤锅炉减少30%的CO2的排放量；与电供暖相比，相当于减少70%以下的排放量。与此同时，其制冷剂的充注量约为常规空调的75%。

3、有效利用时间长

地源热泵系统不仅可以满足夏季制冷和冬季供暖的需求，还可以供应四季的生活用热水，有效利用时间比较长。

4、维护费用低

与常规系统相比地源热泵系统运行部件比较少，维护费用较低且维护次数较少；机组紧凑，空间节省；全电脑控制，性能稳定，可以电话遥控，可以进行温湿度控制和新风配送；系统安装在室内，不暴露在风雨中，可免遭损坏，更加可靠，使用寿命更长。

5、制热制冷系数较高

与空气源热泵相比，地源热泵的优越性非常显著。全年温度波动小，夏季比空气温度低，冬季温度比空气温度高，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵。
6、节省投资：无须设置冷却塔、锅炉等设备，没有外挂机，没有噪音，节省建筑面积，设备可分期投资。
7、安全环保：消除了燃烧或爆炸隐患，不向周围环境排放有害气体和排热，没有热岛效应。运行可靠：系统不受外界气候变化影响，机组运行稳定，使用寿命20年以上，是分体或窗式机的2-4倍。
8、维护简单：系统结构简单，故障点少，无需专人管理，运行费用低。
9、独立计费：可分区、分户安装，单独控制，实现独立计费功能。
10、使用灵活：一机多用，集空调制冷、供暖制热、供生活热水于一体。

三、地源热泵系统在暖通空调节能中的运用

1、地源热泵系统设计与施工

1.1 地下水热泵

地源热泵包括地下水热泵，是目前为止使用得最广泛的一种地源热泵技术。这种热泵是以地下深井水作为热源或热汇来对建筑进行制冷或供热的。由于地下深井水位于较深的地层中，因蓄热和隔热作用，其水温随季节气温的变化较小，特别是深井水的水温常年不变，对热泵运行非常有利，具有以下优点：

1.1 整个水井系统布局紧凑，占地面积小，但却可以回灌及抽取大量的地下水。

1.1.2 对大地耦合热泵言，其地式热交换器单位容量的造价基本上是个定数，而对大型地下水热泵系统，其整个井水系统单位容量的价钱却便宜得多，只需要一对较高流量的井即可满足整幢建筑物的需求。
1.1.3 与传统的空气－水HVAC系统相比，设计良好的地下水热泵循环一般不需要维护费，且当地下水回灌到蓄水层后，实际地层中的含水量并不改变，不会造成地面沉降。

1.2 地表水热泵

地表水热泵是利用地表的池塘、河流、小溪、湖泊等水作为热汇和热源对建筑进行空调的热泵技术。地表水温变化剧烈，而地下水常年温度几乎保持不变，因此为了保证供暖所需的热量，在外界温度很低的严冬季节，除热泵外，往往还有安装第二套热发生装置。地表水热泵在实现用水作热

摘自：学术论文网www.udooo.com

源时，可采用下列方法：

1.2.1在地表水中直接安装蒸发器；

1.2.2 经盐水循环间接引用水的热能；

1.2.3 用泵站抽取地表水并输送至热泵的蒸发器；

1.2.4 用井积聚经河岸过滤的水并将其输送至热泵蒸发器。

1.3 地下埋管施工

1.3.1 对于没有平整的开敞的土地用于地源热泵埋管，需要特殊对待，需要在地梁下进行开挖的情况。为不损害建筑的结构，一定要在地基施工和地梁浇灌完成后，进行地源热泵的开挖工作。
1.3.2 施工前应进行放线，特别是考虑钻孔机支撑尽量避开地梁，放置水平管时也应当注意保持地梁的完整。施工完成后，需要进行表面复原与清理。
1.3.3 在施工之前要规划好灌浆池，钻孔过程中产生的泥浆可顺管沟流入泥浆池中沉积，一方面将沉积的泥浆可收集回填，另一方面，可将钻孔过程中的废水统一处理。
1.3.4 在设有埋管的支管沟的施工过程中，应在钻完孔后再开挖支管沟连接水平管，若先开挖支管沟，钻孔有很大难度，这是因为钻机本身较重会压塌埋管管沟，而且支撑钻机和钻杆的支架支撑点选择较难，因此建议不要使用。

2、冷暖地板空调系统设计与施工

一般水管的铺设形式采用双回型，水管通过带有倒刺的塑料管箍直接固定在苯板上，由于随着铺管管径的增大，管间距的减小以及构造层厚度的减小，单位面积换热量增大，再综合施工等因素，选取管径为16×14 mm的交联聚乙烯(PEX)管。管间距平均值为200mm，为获取较均匀的地表温度，沿围护结构的间距可适当取小，中心地带可相应取大值为250mm。采用厚度为12mm的苯板保温，苯板表面有一层极薄的金属反射层——铝箔，可以有效减少向下的辐射散热。苯板之间通过透明胶布粘合。
在水管铺设完后进行混凝土浇筑前要进行试压：先用空气压缩机进行0.8MPa的气压实验；然后用自来水进行0.75MPa的水压实验，确保管道的严密性。水管上面要进行水泥砂浆回填，施工用的水泥标号为C10(具有很好的传热性和强度)，水泥与砂子的质量比为1：5，回填层的厚度要高过管子15mE左右，实测回填层的平均厚度为30mm。为了防止由于温度变化而引起混凝土层的变形，在水泥砂浆与墙连接处及房间长宽大于7m时增设伸缩缝(材料为弹性泡沫带)。

四、结束语

综上所述，地源热泵系统在技术上已经比较成熟，而且经过多次的示范实践，肯定其具有性能稳定、清洁安全、节约能源等优点，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。
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