暖通空调设计中地源热泵的运用

暖通空调设计中地源热泵的运用

作者：李吉强

来源：《建材发展导向》2015年第01期

摘 要：地源热泵系统的能量来源于地下能源，通过发挥浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖和制冷，被认为是目前可使用的对环境最友好、最有效的供热、供冷系统。文章结合工程案例对暖通空调设计中地源热泵问题进行了研究。 关键词：暖通空调；设计；地源热泵；运用

地表浅层地热资源（通常小于400米深）可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地源热泵是利用这种低温位热能，作为热泵的供暖热源和空调的冷源，既可供热又可空调的系统。冬季，热泵把地表浅层中的热量“取”出来，供给室内采暖；夏季把室内热量取出来，释放到地表浅层中去。 1 地源热泵的原理及特点

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、热泵机组和室内空调末端系统。工作原理就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物空调末端换热介质可以是水或空气，系统的关键是大地换热器的设计和施工。地源热泵的特点有：

1.1 属于可再生能源利用技术。地表浅层好象一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。这种近乎无限、不受地域、资源限制的低焓热能，是人类可以利用的清洁可再生能源。并且地能不象太阳能受气候的影响，也不象深层地热受资源和地质结构的限制。另外地源热泵冬季供暖时，同时对地能蓄存冷量，以备夏用，夏季空调时，又给地能蓄存热量，以备冬用。因此说地源热泵是可再生能源利用技术。

1.2 高效节能和低的运行费用。由于地源温度全年相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。

1.3 环境效益显著。既不破坏地下水资源，又无任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

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1.4 一机两用。地源热泵可供暖供冷，全年冷热供应，节省投资和占地。地源热泵这种可再生能源利用技术，高效节能且无任何污染，顺应了国际能源发展大趋势，也顺应了我国的能源与环保政策，是值得研究与大力发展的可再生能源利用方式。 2 案例概况

2.1 某住宅小区的总体面积在26 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#）。

2.2 设计参数。（1）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%。（2）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%。

2.3 空调系统设计。（1）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。（2）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，这样是为了报纸机组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。（3）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。

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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。

2.4 控制系统。（1）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，对动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。（2）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。（3）井群控制：对每期的井水系统中的井进行分组，以便于控制。 3 结语

总之，高效节能的地源热泵供冷供暖系统将在暖通空调领域占据越来越重要的地位并将为我国的建筑节能及能源结构的多样化发挥积极的作用。 参考文献

[1] 李新国.地源热泵—供暖空调节能环保技术[J].节能与环保，2001 （2）.

[2] 何雪冰，刘宪英，中国过渡区域居住建筑的制冷.采暖现状及其发展前景[J].西安建筑科技大学学报，2009（6）.

[3] 李新国，赵军，朱强.地源热泵供暖空调的经济性[J].太阳能学报，2001（04）.