浅谈地源热泵在暖通空调设计中的应用

浅谈地源热泵在暖通空调设计中的应用
摘要：随着可持续发展战略和绿色节能口号在全世界的日益推行，地源热泵技术也发挥了自身的优势，在实际生产和生活中应用的范围越来越广。地源热泵系统是国家倡导使用的一种节能环保产品，本文从地源热泵技术的原理和分类着手，较为详细地介绍了各种地源热泵在暖通空调中的应用情况，从而指出地源热泵是一种新型的、节能环保型的暖通空调技术，在未来有着很好的发展前景。

关键词：地源热泵；暖通空调；设计；应用

随着社会的发展和经济水平的提高，空调机及加热产品迅速进入了千家万户。暖通空调给人们营造了一个舒适的居住环境，但由此也引发了许多新的问题，比如，能耗大、能源供应紧张等。节能及有效利用能源成为全社会一项刻不容缓的任务。因此，地源热泵的应用也就提到了日程。由于地源热泵技术具有节能、环保以及利用可再生能源等特点，随着我国可持续发展战略的实施和能源利用结构的调整，地缘热泵技术在暖通空调中的应用将会生机勃勃。

一、地源热泵概述
（一）地源热泵技术
目前，大力开发节能、环保型的可持续发展的暖通空调技术已经成为每个国家的迫切任务。我国幅员广阔，辽阔的地表蕴藏着丰富的浅层地能资源，地源热泵技术可以因地制宜地不同的形式。这项技术不仅可以有效地克服传统热泵空调技术的局限和不足，还具有非常大的现实意义和实用价值的，在节约环保和和城市现代化方面有重要作用。
随着我国能源紧缺与环境问题的日益严重，具有节能环保特性的地源热泵得到了大力开发，与此同时，不同的城市对此还出台了一系列的优惠政策。地源热泵技术以可再生能源利用、有效节能节资、环境效益显著、运行稳定可靠、功能齐全而在全世界得到推广。
（二）地源热泵技术的原理
源于灼热的地球内部的地热能够通过向上传递导致地热的异常，再通过热储本身的热力和围岩元素置换作用等，便形成了良好的地热资源。低温地热则可用于暖通空调领域，地源热泵技术正是该领域地热利用的具体体现。
地源热泵是以地热作为热泵装置的热源或热汇来对建筑进行采暖或制冷的技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），即可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季和夏季，分别将地热能作为高温热源和低温热源，在冬季将地热“取”出来用于采暖或热水供应，在夏季将室内的热量提取后释放到地层中去。

二、地源热泵技术的分类及应用
地源热泵技术可减少温室气体的排放和大大的节约能源。目前，我国政府也在积极推广运用这项“绿色技术”，以减少煤耗、节约能源和改善环境。地源热泵可以直接提供生产、生活热水和用于采暖，也可以与电节能热泵和直接加热设备锅炉等联合使用，对减少一次能源用量、环保等都大有好处。根据地源热泵所采用热源热汇的形式不同，可将其大致分为大地耦合式热泵、地下水热泵和地表水热泵三种。
（一）大地耦合热泵
大地耦合热泵是以地表浅层的土壤作为热源或热汇。与传统的空气热泵相比，这种热泵具有具有相当多的优势：
1.相对于地表的空气和水来说，一定深度地下土壤的温度全年波动较小，加上土壤对地表空气温度的波动具有延迟和衰减，因此在大多数情况下，比空气更适合作为热泵装置的热源和热汇，且能保证系统以较高的效率运行。
2.土壤作为热源和热汇，可以全部或部分的取代传统空调系统中的冷却塔和锅炉，以减少对环境的“热污染”和空气污染。
3.与空气热泵相比，大地耦合热泵不存在除霜问题，且回收土壤的热量不需要风机，可以使系统的噪声等级下降。
4.土壤本身是个巨大的蓄热蓄冷体，因此大地耦合热泵可以和太阳能集热装置结合起来，通过土壤的蓄、放热获得更好的供热、制冷效果。当然，大地耦合热泵也有一些缺点。
5.土壤的传热性能欠佳，需要较大的传热面积，导致占地面积较大。
6.在地下埋设管道成本较高，运行中若产生故障也不易检修。
7.土壤受热干燥后，其导热能力显著下降，夏季难以向外排热，成为不可逆运行（夏季不需制冷的地域是可行的）。
（二）地下水热泵
地下水热泵是地源热泵的一个分支，也是迄今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供热或制冷的。由于地下深井水位于较深的地层中，因隔热和蓄热作用，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.整个水井系统占地面积小，布局紧凑，但却可以抽取及回灌大量的地下水。
　　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。
　　3.与传统的空气－水中央系统相比，设计良好的地下水热泵循环几乎无需维护费，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。
　　4.地下水热泵在大型商业系统中使用已有数十年了，技术成熟，钻井施工相对容易。
（三）地表水热泵
它是利用地表的河流、湖泊、小溪、池塘等水作为热源和热汇对建筑进行空调的热泵技术。与常年温度几乎保持不变的地下水相比，地表水温的变化剧烈，因此在外界温度很低的严冬季节，为了保证供暖所需的热量，除热泵外，往往还要安装第二套热发生装置，即双联热泵采暖系统。
1.用井积聚经河岸过滤的水，并将其输送至热泵蒸发器。这种装置系统的优点是经河岸过滤的水能防止污物进入蒸发器，但费用较高。
2.将蒸发器直接安装于地表水中
由于地表水较脏，通常用板式热交换器作为蒸发器。这种方法很简单，价格低廉，但存在一定的缺点：当地表水位发生改变时，蒸发器板很难固定在一定的地方，也需要经常清理蒸发器的表面。此外，如果蒸发器泄漏部位有制冷剂流出，则会损坏热泵。　
3.用泵站抽取地表水并输送至热泵的蒸发器这种系统适用于对露天游泳池的水进行加热，也适用于大型建筑物、特别是该建筑物采用空调时。该系统使用可清洗的管式热交换器作为蒸发器，首先要将地表水经细密格栅引入泵站，降温后的地表水需重新排回地表水源。严冬季节时，此系统需采用双联热泵采暖装置。
　　
三、结语
经过多年的研究，地源热泵技术已经比较成熟，而且经过多次实践的证明，地源热泵具有性能稳定、节约能源、清洁安全等一系列优点。相对于常规采暖空调系统，地源热泵的初投资要大恨多，但是可以大大的节省运行维护费用。如果地源热泵在暖通空调的应用中设计和安装良好就会节约用户不到一半的采暖空调运行费，因此，地源热泵技术将成为大有发展前景的采暖空调技术，在提倡节能环保的当下社会发挥最大的效益。

参考文献：
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