摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，建筑暖通空调系统成为公认的能源消耗较大的系统，也是导致建筑能耗不断上升的主因，结合目前实际情况来看，为有效控制暖通空调系统的能耗问题，减少环境污染，可将地源热泵技术应用其中，利用该技术对系统结构加以优化调整，实现能源的科学处理。基于此，对地源热泵在暖通空调设计中的应用进行论述与分析。

关键词：地源热泵；暖通空调设计；应用

引言

近年来，地源热泵的安装和设计逐渐受到人们的关注。实际上，地源热泵可以起到高效节能的作用，提高城市供暖系统的价值，在建筑暖通空调设计领域，地源热泵具有良好的经济性和环保性优势，突出显示了保护环境、节约建筑资源、增强节能效果等特性。在室内暖通空调设计过程中，需要将地源热泵安装在合适的建筑内部，合理科学采用地源热泵，综合提高室内节能效果及居住舒适度。地源热泵可以同时实现制冷和制热功能，用新型资源代替紧缺资源，符合开源节流的要求，由于我国在城市建设过程中大量能源逐渐紧缺，而这种新型地源热泵技术为短缺的能源找到了突破口，根据调查研究表明:为了达到城乡供暖方式优化，地源热泵技术应用已经快速普及，改善了传统的制冷制热技术所需的能源，降低了能耗，而且有效节约了成本，能够使空调的普及率大大提升，为人们带去舒适便捷的生活。将地源热泵技术应用于暖通空调设计，不仅兼顾了成本和节能问题，而且给居民提供供暖制冷服务，在未来发展趋势势不可挡。

1地源热泵系统概述

热泵属于一种热量提升装置其运作遵循的是逆卡诺原理，能够将热量从低温转变到高温并输送到指定地点。热泵本身会消耗一定的热量，但也是环境中进行能量介质深入挖掘，并将其转变成高热量加以利用的一种装置，所以该设备在使用中不仅不会存在消耗，相反能够节省近2/3甚至更高的热量。热泵同制冷的原理及系统构成是一样的，常见的整齐压缩热泵由压缩机、蒸发器、冷凝器及节流阀这几部分构成，形成较为完整的循环系统，保证热能传输。地源热泵系统的特点主要有。1)清洁性。地源热泵系统的运行主要是依靠电能供应实现的，热量直接从大地获取，所以在运行过程中，不会存在燃烧和放热的可能，这样就不会产生较多的污染物，降低对外界环境的影响。另外，在相对较为成熟的系统下，地源热泵是不需要配备外挂机和冷却塔的，所以在放热过程中不用担心环境污染问题。2)能效性。地源热泵系统在实际运行中有着较高的能源利用率。例如，在寒冷冬季，外界温度较低，常规情况下对热能需求量高，但地源热泵系统能够将温度控制在12℃～22℃，且构建的循环系统能够保证热能质量，以免发生较大的变化差异，提高整个系统的能效。3)经济性。相比传统的暖通空调系统，地源热泵的冷凝温度要更低，制冷效果明显高于传统系统。根据现有资料分析可知，地源热泵系统应用后，制冷和供热的费用相较传统系统降低了1/3左右。此外，因为其依靠电能供电，利用大地完成能源把控，所需能耗更少，大大提升了系统运行的经济效益。4)可靠性。地源热泵系统运行中采用了计算机自动化控制系统，可实时对系统运行状况加以监督和把控，及时发现和上报问题，给出科学有效的解决措施，避免更严重问题的产生，保障系统运行的效率和安全性。5)稳定性。地源热泵系统在运行中不会受到环境因素的影响而出现较大变化，保证整体运行的稳定性和可靠性。该系统能够将温度始终控制在10℃～25℃，供热和制冷能效比控制在3.5～4.5，稳定性强。

2地源热泵技术的特点

2.1经济高效

地源热泵技术在暖通空调节能中的应用可以实现经济高效、可靠安全的生产，不需要直接燃烧能源，避免了燃料燃烧损失热量，减少了能源消耗，在能源传输中实现了热能转换，与传统空调运转系统相比，其工作效率更加高效。该技术既能节省能源使用量，也能降低生产成本，提高经济效益，具有较高的可靠性与稳定性，符合可持续使用的生产目标。其次，地源热泵技术并未依赖其他能源，其能减少能源消耗，避免了能源的过度使用和污染排放破坏环境，以全年循环式地热泵取与交换的热能转换形式吸收和释放热能，有效维持了地下温度的稳定性，延长了使用寿命。

2.2节能减排

由现有生产资料的调查与分析可见，煤炭、石油等不可再生资源的使用导致环境破坏问题较为严重。传统空调机在释放热能时也会产生过多破坏环境的气体，而地源热泵系统的生产与建设符合节能减排、环境保护的目标，能量来自大地，其热交换方式可以转换室内外热能，保持温度的恒一性，属于较好的节能技术。

2.3稳定性较好

地源热泵技术在整个暖通空调节能生产中的稳定性较好，整个运转程序无需依靠额外能量传输，实现了热能转换。北方气温较低或南方气温较高地区均可应用暖通空调生产技术，即使不采取保护措施，也不会损害设备，有效降低了安全事故发生率。由于地源热泵生产技术的地下使用环境受外界温度的干扰较少，不会影响建筑工程的稳定性和承载性，提高了能源利用效率，有效保证了空调暖通节能体系的正常运转和安全落实。

3地源热泵的种类

3.1大地耦合热泵

大地耦合热泵热源的获取以地表浅层土壤为主，优势在于:相较地表水和空气，土壤在深入地下的过程中具有保护作用，能够抑制温度波动，保持热能，缩减衰减及延迟时间。通过对热能的提取，能够确保热能供应的稳定性，提高热泵的工作效率;将土壤作为热泵热能、热源提取的主要场所，降低了环境污染，相较传统的冷却塔设备，环保性更强;相较空气热泵，大地耦合热泵的结构更加简单，省去了除霜设备、风机回收设备，在不影响热能提取和使用的情况下，降低了系统运行产生的噪音污染;土壤自身具备的蓄冷和蓄热功能，能够合理运用热泵与太阳能集热装置，完成制冷和制热的科学调节，增加热能利用率。不过土壤的传热性差，若想改善传热效果，还需要扩大土壤面积，再加上在地下埋设管道的成本相对较高，施工中存在的影响因素众多。土壤干燥后导热性会下降，所以在夏季很难做到有效排热，破坏了热泵的使用性能。

3.2污水源热泵

污水源热泵是从污水中进行热源热量提取应用到建筑暖通空调系统中的一项节能技术，其能够将提取出的热源直接转换成高品质的能源，改善制冷和供热效果，加强建筑内部环境的舒适性。同时，污水源热泵应用中水质稳定性强、温度变化小，保证内部供热和制冷的稳定性，减小设备系统的损耗。污水源热泵的优势如下。污水源热泵可利用污水处理厂排出的污水提取热源，污水处理厂的出水量大、水质稳定性强，为热源提取提供了较大优势。在污水作用下能够设置循环装置，避免污染和浪费现象的产生;环保性好，污染物排放得到缓解，据现有资料可知，污水源热泵应用后，污染物排放量较空气热泵减少40%，较电供热减少70%。由于污水源热泵的热源温度全年较为稳定，其制冷、制热系数比传统的空气源热泵高出40%左右，运行费用仅为普通中央空调的50%～60%。但该热泵也存在一定缺陷，污垢会加剧流道表面的粗糙程度，引起摩擦系数和局部阻力系数的增加，这必然会引起整个换热器的流动阻力压降增大，故泵消耗的功率增加。所以做好设备的更换及更新设计，剔除污垢也成为专业人员要重点考量的内容。

3.3地下水热泵

地下水热泵利用的是地下渗井自身的优势收集热汇热源，满足制冷和制热要求。该技术在应用中具备的优势特点为:首先，占地面积小，水井结构布局相对简单，可占用的土地资源面积较小，且因为水井采用的是回灌和抽取的方式，不用担心占地问题;其次，成本低廉，净水单位容量的成本较低，在地式热交换器改善作业中，也因为地下水井的特性而大大降低了成本消耗，减少了不必要损失的形成;再次，节省维护费用，减少环境污染，地下热泵技术应用中即使出现设计不合理的情况，也不需要予以重点维护，且地下水回灌后并不会对地层的含水量造成影响，不用担心出现污染问题;最后，技术成熟度高，地源热泵技术虽然属于新型技术，但因为适用范围广，使用频率高，目前该技术已经较为成熟，再加上其低廉的成本，较小的占地面积，可满足暖通空调设计需求。

4地源热泵技术在暖通空调节能中的具体应用

4.1主要形式

地源热泵技术在暖通空调节能生产中可以分为土壤、地下水和地表水源3种主要表现形式，根据热源来源的差异划分生产介质，以填埋式土壤热泵系统作为主要使用方式流通管道与热泵机组间的能量，有效完成了土壤与地表机组间的热交替作用。其次，在埋管方式的差异下，可以将其划分为水平和垂直两种形式，不以直接抽取地下水的方式积累地下水源热泵能量。但在抽取水后可以传输水源热能，直接将水输送到热换件和热泵机组中释放能量和提取热能。再次，地源热泵技术在使用方案上受国家和地方政府的支持，当地下具备充足的水量和热源后，应利用回灌方式将地表水作为冷源水抽取海水或江河，从而形成开放式、循环式和闭环式的能源交换系统。利用开环和闭环两种交换类型区分板式换热器中的介质是否与外界水或土壤相互接触，以实现地下埋管和热泵机组的反复循环式交替作用。最后，在开环系统中抽取外部水源时，可以利用外部水和板式换热器实现循环式热流通，以保证内部热交换仪器的稳定性。

4.2将地埋管道与热泵机组合

两者组合是最为简单的一种方式，也是目前常见的组合形式。在设计中，会按照地理埋管位置对管道长度加以确定，根据水平向管道长度的热量及冷却负荷的变化特征，对钻孔开凿间距加以把控，以竖向管道长度的换热量和最大热负荷对占地面积加以确定。完成上述操作后就可以依据计算结果选择热泵机房中热泵机组的规格型号、使用台数、配套水泵、分集水器、定压装置、水处理装置等，确定前期准备工作后就可以展开热泵机房图纸的设计工作。科学规划机房面积，合理设置内部电源，之后按照图纸要求展开施工作业，强化暖通空调系统的运行效果。

4.3运行状况分析

应针对温度监测和地埋管换热器周围的设置情况分析暖通空调节能生产的运行状况，并结合冬季和夏季地源热泵技术温度设置的差异来测量，可有效利用现有数据得到相关检测依据，正式使用后发现其符合系统运转标准。当地源系统主机未启动时，应大致等待水泵运行1h后测量地下岩土层的温度，比较测量结果与热响应测试结果后发现温差值较小。其次，各系统组件为维持正常运转状态，需要将温度控制在合理范围内，以符合冬季和夏季热源传输与供给要求，一般冬季地埋管侧进出口温度为8.3℃和11.7℃。观察系统运转情况后，应设置早晨出口处温度在11.7℃以上，随着运转时间、运转试点任务和运转要求的不断提高，出口温度会逐渐下降，最终会停留在9.8℃左右，可利用温度变化情况分析土壤供热温度的变化，并及时反馈。

结语

总之，地源热泵技术与暖通空调生产技术充分利用土壤中热量后，可以在夏季实现热量传输，冬季实现热量转移，不仅符合空调冷暖制备的基本功能，也能提高承载负荷，实现了节能环保、绿色减排的生产目标，具有较好的经济发展前景。