关于地源热泵技术在暖通空调中的应用

关于地源热泵技术在暖通空调中的应用

作者：何孝建

来源：《建筑建材装饰》2015年第06期

摘要：近些年来，随着社会经济水平不断提升，环境恶化速度加快，人们逐渐认识到环保、节能减排的重要性。因此，暖通空调作为人们生活必需品，是人们改善生活质量的重要保障。随着地源热泵技术的产生，在暖通空调行业的广泛运用，使得暖通工程得到有效发展。该文从地源热泵特点和地源热泵特性与种类两大点对地源热泵在暖通空调中的应用进行了分析。 关键词：地源热泵技术；暖通空调；应用 前言

地源热泵作为科学供暖方式，具有高效、环保优点，由于我国地域旷阔，地表浅层能源较多，选择不同地源热泵技术，可提升地热资源利用率，克服传统空调技术缺陷，具有十分重要的实用价值。同时，在城市现代化建设，环境污染防治等方面，也具有重要意义。虽然地源热泵具有一定缺陷，但只要我们合理运用地源热泵，不断研发暖通空调设计，必定推进建筑事业发展，更好满足业主的心理、物质需求。 1地源热泵特点 1.1地源热泵的优势

根据热泵驱动方式，将热泵划分为机械压缩式、吸收式、热电式、蒸汽喷射式等四种热泵，地源热泵具有如下优点：针对地源热泵方法而言，机械压缩式、蒸汽喷射式、吸收式等方式，需要技术人员具备技术专业性，通过大量人员素质、技术等培训，要求技术人员具备缜密、细致的态度，对于该类数据，必须具备准确性，不能粗心、马虎。针对热电式热泵，技术人员研发与努力，能够设计出由热电热泵排出气体，不污染周围环境，进而净化大气环境，降低噪声污染。 1.2地源热泵劣势

目前，我国森林植被被大量破坏、砍伐，各种污水废水随意排放，使得树木、绿色植被逐渐减少，土壤逐渐松动，注浆降低了土壤特性。使用地源热泵对土壤性质要求较高，土壤性质地源热泵性能具有直接影响。技术人员必须掌握土质条件、气候条件，掌握土壤湿性、热性，将其应用至地源热泵中，使屋内温度满足人们舒适感。同时，处于不同冷热负荷条件下，对热泵系统、地下换热器的配合技术没有深入研究，地热空调技术主要以地热能换热器为主，强调热泵系统、换热激励与换热器的匹配。不同于线源传热模型，更加重视传质与传热模型，能真实模拟换热器的换热状况。另外，热泵技术同其它技术配合，地源热泵作为钻井与暖通空调等技术结合技术，要求技术人员必须协调掌握这两种技术，对比技术性、经济性。

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2地源热泵特性与种类 2.1大地耦合热泵

它的热源、热汇是以地表浅层土壤为主，对比传统空气热泵具有如下优点：（1）与地表水与空气而言，土壤深入地下时，全年的温度波动相对较小，土壤影响地表的空气、温度，具有衰减、延迟作用。所以，多数条件下，热源、热汇宜作为热泵装置，确保系统高效率、稳定运行；（2）土壤作为热泵的热汇、热源，可取代传统空调的锅炉、冷却塔，减少空气污染，降低环境热污染；（3）同空气热泵比较，大地耦合热泵无除霜问题，无需风机回收土壤热量，可降低系统噪声等级；（4）土壤自身属于蓄冷体和蓄热体，所以，大地耦合热泵能结合太阳能集热装置，利用土壤放热功能、蓄热共鞥，获取最佳制冷效果、供热效果；（5）土壤传热性能较差，需提供较大传热面积，所需占地面积过大；（6）埋设地下管道时，其成本较高，运行故障检修难度较大；（7）当土壤干燥，降低其导热性能，在夏季时，向外排热难度大，呈不可逆运行状态。 2.2地下水热泵

地下热泵属于地源热泵的重要分支，该类热泵技术通过地下深井，依靠热汇、热源实现制冷或供热。由于地下深井水位身处地层，深度相对较少，深井水水文甚至恒定不变。所以，热泵运行具有显著优势。其优点可表现在如下方面：（1）布局紧凑的水井系统，占地面积较小，地下水回灌与抽取时，占地面积不会对其造成影响；（2）针对大地耦合热泵而言，地式热交换器改善成本较小，针对大型热泵系统，井水单位容量成本极低，若井的流量较高，即可达到整个空调系统需求；（3）同空调系统比较，使用地下热泵系统，如果设计合理，因不用维护，基本不会出现维护费用，若地下水回灌至蓄水层之后，不会影响地层的实际含水量。所以，针对地理环境与生态环境几乎没影响；（4）许多商业系统选择地下热泵系统，多年实践证明该技术较为成熟，同时，钻井技术可行性较高，系统简便易行综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积建筑物的供暖空调的要求。 2.3它也具有不足之处

主要有如下表现：（1）含水层蓄水位空调提供冷热源，必然会了温度；（2）若钻井施工效果较差，地下水质遭受污染，回灌井选址需考虑水文地质条件；（3）若热泵系统未合理设计，且水位较深，会增加泵消耗成本。所以，若在某个区热泵采用地下水，必须实施泵水试验，对地下水量进行核查，检测地下水水质，制定更加详细、准确的规划方案。 2.4污水源热泵

污水源热泵，主要是从工业污水、城市污水中提取低品位热源热量，将其转化为高品质能源，直接向住宅用户提供热、冷负荷的热泵系统。使用污水源热泵，是指利用水质稳定、温度变化小的特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空洞装置。它具有如下优点：

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（1）污水源热泵是利用污水处理厂出水量大，水质稳定，常年温度在13～25℃等特点，以污水作为热源进行制冷、制热循环的一种空调装置。污水源热泵具有热量输出稳定、COP值高、换热效果好、机组结构紧凑等优点，是实现污水资源化的有效途径。（2）污水源热泵比燃煤锅炉环保，污染物的排放比空气源热泵减少40% 以上，比电供热减少70%以上。它节省能源，比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的燃料。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，其运行费用仅为普通空调的50%～60%。同时，它也存在一定缺陷，污垢还常常使流道表面的粗糙程度增加，引起摩擦系数和局部阻力系数的增加，这必然要引起整个换热器的流动阻力压降增大，故泵消耗功率增加。所以在污水源热泵系统中换热器的设计、使用中，如何防垢、抑垢、除垢是非常重要的。 2.5地表水热泵

它是利用地表的小溪、池塘、河流、湖泊等水作为热源和热汇对建筑进行空调的热泵技术。同常年温度几乎保持不变的地下水相比，地表水温变化剧烈，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，往往还有安装第二套热发生装置，即双联热泵采暖系统。地表水热泵在实现用水作热源时，可采用下列方法。

（1）将蒸发器直接安装于地表水中，如图1，这是一种分体式装置，由于地表水较脏，通常用板式热交换器作为蒸发器。这种方法装置简单，价格低廉，但缺点是：当地表水位发生变化时蒸发器板难于固定，蒸发器表面也需经常清理。此外，若蒸发器泄漏部位有制冷剂流出，则会损坏热泵。 图1

（2）经盐水循环间接引用水的热能。此系统同样是在地表水中安装板式热交换器，但流经蒸发器的不是制冷剂，而是盐水溶液。由于盐水温度低于地表水，即可吸取其中的热量，当盐水将热量传给热泵后，温度下降后再继续吸收地表水的热量。对于盐水溶液至少应保持其在-10℃时仍能流动。整台热泵连同蒸发器组成一个单元，地表水中的热交换器、热泵的热交换器通过盐水回路连在一起，其中的盐水溶液由盐水循环泵输送，还需在回路中设置膨胀箱。见图2。整个方案应保证地表水有足够的热势、载热剂系统有相应的容量。 图2

（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。

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（4）用井积聚经河岸过滤的水并将其输送至热泵蒸发器。这种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。 3结语

综上所述，地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经比较成熟，而且经过多次的示范实践，肯定其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，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。据世界环保组织估计，设计安装良好的地源热泵，平均可节约用户30%～40%的采暖空调运行费，因此它将成为大有发展前景的采暖空调技术。 参考文献：

[1]程昆，刘炳展，李丽娟.谈地源热泵系统在暖通空调中的应用[J].科技通报，2012（08） [2]姜一识，胡大明.地源热泵系统在暖通空调中的应用[J].企业文化（中旬刊），2013（03）

[3]孙宏伟.暖通空调中的地源热泵技术探析[J].房地产导刊，2013（12）