浅析地源热泵在暖通空调设计中的应用
摘 要：暖通空调主要包括了采暖、通风和空气调节三个方面的功能，做好暖通空调系统的设计，需要应用热力学、流体力学和流体机械等方面的专业知识，应该得到设计人员的充分重视。地源热泵凭借自身良好的性能，逐渐成为暖通空调设计的一种发展趋势。本文结合地源热泵的特点，对其在暖通空调设计中的应用进行了分析和探讨。
关键词：地源热泵 暖通空调设计 应用
城市化进程的加快，带动了建筑行业的飞速发展，人们对于建筑内部空间提出了更高的要求，暖通空调系统逐渐得到了广泛应用。但是，空调机的大量使用，不仅对自然环境造成了巨大的破坏，而且需要消耗大量的能源，在当前可持续发展理念背景下，对暖通空调进行合理设计，实现节能环保目标，是非常必要的。地源热泵的应用，可以在满足建筑实际需求的同时，实现节能减排的目标，因此得到了相关设计人员的重视。
1、地源热泵的特点
从概念方面分析，地源热泵是一种利用浅层地热能源（地下水、土壤、地表水等的能量），实现制冷或者供热的高效节能系统。在实际应用方面，是指将传统空调系统中的蒸发器或者冷凝器埋入地下，利用中间介质，在相对封闭的环路中，经过大地进行循环流动，从而实现与大地的热交换，达到制冷、供热或者调解空气的目的。与普通空调系统相比，地源热泵的热能主要来自大地，因此可以有效减少对于能源的消耗。地源热泵的特点主要体现在以下几个方面：
（1）清洁性：电力是地源热泵运行的重要保障，而地源热泵系统在实际应用过程中，由于热量主要来自大地中的热能，因此不存在燃烧放热的过程，可以有效减少对于周边自然环境的影响和污染。同时，在相对成熟的技术支撑下，地源热泵系统不需要配置相应的冷却塔装置和外挂机设备，因此在热能的排放过程中，同样不会对周边环境造成影响。
（2）能效性：从目前的技术发展情况看，地源热泵系统在实际运行过程中，对于能源的利用效率极高，例如，在冬季气候状态下，可以将室内的温度维持在12-22℃的范围内，明显高于常规状态的环境空气温度。而在供热过程中，可以显著提升热泵在循环状态下的蒸发温度，对于提升整个地源热泵系统的能效比是非常重要的。
（3）经济性：与普通空调系统相比，地源热泵系统中的冷却系统冷凝温度更低，制冷效果较传统的冷却塔式系统和风冷式系统更好。相关实践数据显示，在地源热泵系统中，空调的供热和制冷运行费用能够减少30%-40%。不仅如此，与一般的锅炉供热、电能供热系统相比，地源热泵系统虽然也需要依靠电能运行，但是能耗极小，经济性优势非常突出。
（4）可靠性：在地源热泵系统中，对于系统的管理和控制全部都是由计算机进行的，可以有效保证系统在多工况运行状态下的稳定性和可靠性。同时，管理人员还可以通过远程控制的方式，对地源热泵系统进行控制和调节。
（5）稳定性：地源热泵系统可以在任何环境因素的作用下，确保热源温度的稳定性，将其控制在10-25℃的温度区间内，制冷和供热系统也可以维持在3.5-4.4之间，与普通的中央空调系统相比，具有更高的稳定性。
2、地源热泵在暖通空调设计中的应用
在经济发展的带动下，人们的生活水平不断提高，对于自身的生活和工作环境提出了更高的要求，暖通空调系统也因此得到了日益广泛的应用和普及，可以通过对室内温度和空气的调节，为人们提供更加舒适的室内空间，因此，做好暖通空调设计工作，是室内设计的重点和关键。作为暖通空调的重要组成部分，地源热泵根据地热能交换形式的不同，可以分为三种，这里分别对其在暖通空调设计中的应用进行分析。
2.1大地耦合热泵
大地耦合热泵也称土壤热交换器地源热泵，是指以地表浅层的土壤作为热源或者热汇，将耦合式地热交换器以水平方式，放置在预设地沟内，或者以U型管的方式放置在竖井内，并于建筑内部的水环路保护相互连接。与传统空气热泵相比，大地耦合热泵的优势主要体现在几个方面，一是一定深度的地下土壤温度波动相对较小，而且对于地表空气温度的波动具有延迟和和衰减的作用，更适合作为热泵的热源和热汇，能够有效保�C系统的高效运行；二是以土壤作为热源和热汇，不需要额外设置相应的冷却塔和锅炉，可以减少系统对于环境的污染；三是可以实现与太阳能集热装置的有机结合，通过土壤的蓄热和放热，实现更好的供热和制冷效果。在实际应用中，一方面，应该对地下土壤换热系统的类型进行选择。在当前技术条件下，从埋管模式分析，可以分为垂直型和水平型，需要设计人员根据建筑的实际情况进行合理选择，一般情况下多采用垂直型埋管模式；另一方面，应该地下换热器管材进行选择。由于管材需要埋设在地下，因此，从地源热泵系统运行的可靠性和稳定性出发，应该确保管材具备良好的耐腐蚀性和化学稳定性，同时具备一定的强度和韧度，还必须对成本进行控制。综合考虑各方面的需求，可以优先考虑高密度PE管材进行地源热泵系统的建设。
2.2地下水热泵
地下水热泵系统是指将地下水接入系统的热泵机组中，利用地下深井水水温相对稳定的特点，实现热量的交换。其优势在于，占地面积小，效果显著，而且如果设计合理，几乎不需要进行维护，不会产生维护费用，同时技术相对成熟，施工简单。不过需要注意的是，在抽取地下水之后，需要及时进行回灌工作，避免对区域生态环境和地理环境造成负面影响；另外，在土壤内埋设大量的井水传输管道，可能会引发局部性的管道腐蚀问题。因此，地下水热泵的形式在当前技术条件下，一般都是作为暖通空调的辅助项目，并不常用。
2.3地表水热泵
地表水热泵系统与地下水热泵系统相似，不过是由潜在水面以下的塑料管道构成的，这部分塑料管道在构成形式上表现为多重并联模式，在运行过程中所形成的地下水热交换器，可以在一定程度上取代土壤热交换系统。在暖通空调系统的设计中，地表水热泵系统需要通过管道与建筑进行连接，以确保系统运行的稳定性和可靠性。同时，需要充分考虑建筑所处区域的环境差异性，对管道和设备进行相应的防冻处理或防潮处理，避免气候因素对于系统的影响和破坏。
3、结语
总之，在建筑行业飞速发展的带动下，暖通空调设计成为建筑设计的重要组成部分，直接影响着室内环境的舒适度。对此，相关设计人员应该充分重视起来，顺应节能减排的号召，在暖通空调设计中应用地源热泵系统，在保证系统功能正常发挥的基础上，尽量减少对于环境的污染和影响，推动我国建筑行业的健康发展。
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