淺談地源熱泵系統在暖通空調中的應用

郭海明 王彥召

摘要：地源熱泵技術的產生對建筑暖通節能有重要意義，因為該技術應用于建筑暖通施工時，不僅能安全、有效實現建筑供熱采暖，還能大大降低能源損耗，實現建筑節能。本文首先分析了地源熱泵的工作原理及優越性，然后詳細闡述了地源熱泵系統在暖通空調中的應用，最后探討了暖通空調系統中地源熱泵的施工要點。

關鍵詞：地源熱泵；暖通空調；節能；土壤熱交換器；地埋管

中圖分類號： TE08 文獻標識碼： A

一、地源熱泵的工作原理及優越性分析

（一）工作原理

地源熱泵技術工作原理與其他采暖技術不同，它借助于地表淺層熱量，通過利用地表淺層的地熱資源來調節建筑室內溫度，為室內供熱。從能量轉移上分析，地源熱泵技術其實就是熱能轉移技術，它能將熱量從高溫熱源上轉移到低溫熱源上，使兩者保持熱量平衡，從而達到均勻散熱、均勻供熱的目的。與其他采暖技術一樣，地源熱泵技術同樣具有極好的應用特性，也同樣能利用自身優勢來改善建筑室內環境，提高建筑室內環境質量。當建筑物內部溫度過高時，地源熱泵系統會將室內熱量吸收、釋放到土壤中，而當建筑室內溫度過低時，地源熱泵又能

從土壤中吸收熱量，將熱量釋放到室內環境中，實現建筑采暖。

（二）優越性

首先，地源熱泵系統有著極好的清潔性。地源熱泵系統得以持續應用的關鍵載體為電力。在地源熱泵系統的應用過程當中，并不存在傳統意義上的燃燒過程，從而也最大限度地控制了地源熱泵系統運行相對于周邊環境的影響。與此同時，在當前技術條件支持下，地源熱泵系統不使用冷卻塔裝置，不需要配備外掛機設備，不會在熱能排放的過程當中對周邊環境產生影響。

其次，地源熱泵系統有著極高的經濟性。地源熱泵系統冷卻系統冷凝溫度較低，從而使得冷卻效果高于一般意義上的風冷式制冷系統以及冷卻塔式制冷系統，這在很大程度上使得機組運行效率得到了穩定的提升。實踐數據證實：地源

熱泵系統下供熱、制冷空調的運行費用能夠降低30％~40％左右。更為關鍵的一點在于：同常規意義上的鍋爐、電能或者是燃料供熱系統相比，地源熱泵系統對于電能資源的節約是極為顯著的。與之相對應的經濟性優勢同樣極為突出。

再次，地源熱泵系統有著良好的能效性：在現階段的技術條件作用之下，地源熱泵系統運行機組對于土壤以及水體的應用，在冬季氣候狀態下的溫度指標基本能夠維持在12℃~22℃范圍之內。該溫度數值明顯高于常規狀態下的環境空氣溫度數值。在此過程當中，可顯著提高熱泵循環狀態下的蒸發溫度，而這對于提高地源熱泵系統的能效比而言是至關重要的。

二、地源熱泵系統在暖通空調中的應用措施

在當前技術條件支持下，地源熱泵系統在暖通空調中的應用形式主要可以分為三種類型：即土壤熱交換器形式、地下水形式以及地表水形式。

（一）土壤熱交換器地源熱泵應用形式

在此種地源熱泵應用形式當中，土壤熱交換器裝置可以說是保障整個暖通空調應用性能穩定的基礎與關鍵所在。在當前技術條件支持下，以耦合式地熱交換器為首要選擇方案。從實踐應用的角度上來說，該土壤熱交換器裝置以水平方式安裝于預設地溝內部。視實際情況，還可以U 型管方式安裝于豎井內部。安裝于不同地溝或者是豎井內部的土壤熱交換器裝置相互之間保持并聯性連接狀態。

在此基礎之上，以不同的集中式管道進入建筑內部，并與建筑室內的既有水環路保持對應的連接關系。此種應用形式也正是現階段暖通空調在應用地源熱泵系統中最廣泛采取的形式之一。

（二）地下水地源熱泵系統應用形式

簡單來說，地下水地源熱泵系統是指將地下水直接供應至系統下的每臺熱泵機組當中。之后需要將井水回灌至地表以下。在實踐應用的過程當中發現：這種供應及回灌的工作模式在一定程度上可能引發井水傳輸管道的阻塞問題。與此同時，大量的井水傳輸管道埋藏于土壤內部，可能引發局部性的管道腐蝕問題。從而，現階段通常不建議在暖通空調施工過程中應用此種形式，僅結合暖通空調項目實際情況，采取水源輔助模式。

（三）地表水地源熱泵系統應用形式

地表水地源熱泵系統由潛在水面以下的塑料管管道所構成。需要注意的是：這部分塑料管道的構成形式表現為多重并聯模式。在此過程當中所形成的地下水熱交換器能夠在一定程度上取代本文前述的土壤熱交換系統。而相對于暖通空調系統的應用而言，地表水地源熱泵系統需要連接至建筑物內部，以保障能源供給的穩定性與有效性。還需要注意的一點是：對于應用地表水地源熱泵系統的暖通空調而言，需要結合建筑物所處地區的環境差異性，做好相應的防凍或是防潮處理，以保障其質量穩定與可靠。

三、暖通空調系統中地源熱泵的施工要點

（一）地埋管地源熱泵技術在暖通工程中的鉆孔施工

在進行地埋管的鉆孔施工的時候要注意和其他工程進行良好的聯系起來，避免鉆孔對其他工程的影響以及鉆孔受到其他工程的影響，如在鉆孔的時候要注意建筑物內的電纜工程施工，要注意電纜的鋪設分布，避免因為鉆孔對電纜造成破壞，同時也要避免電纜對鉆孔造成影響。在進行鉆孔施工的時候要根據施工的面積來確定施工的鉆孔孔數，然后對施工的地面進行鉆孔的定位，從而去定好每一個鉆孔的位置。在進行鉆孔的時候要保證鉆機鉆桿的垂直度，避免因為鉆機鉆孔對于其他工程設施帶來破壞。

（二）地埋管地源熱泵技術在暖通工程中的預組裝施工

地源熱泵預組裝質量要得到充分保證，施工時必須重視管材的選型和進場后管材的堆放，要將管材成箱的堆放在平整的地面上，而管材的堆放高度不應該超過兩米，避免以為擠壓對怪才造成影響，要做好HDPE管的遮蓋工作，避免因為陽光暴曬對HDPE管造成影響。

在進行現場預組裝的時候要注意HDPE管的熱熔管頭的清潔度，對于管徑小于或等于De50的時候，對于管材的切割采用旋轉切刀，對于管徑大于D e50的時候采用的是手工木工鋸；當HDPE管在地面連接完成以后要對管道進行試壓，只有在試壓合格以后才可以埋管，等井回填完以后還要對管道進行再試壓，等試壓合格以后再進行水平干管的連接；水平干管連接完成以后再進行試壓，試壓合格以后進行回填土，在總管連接完成以后在進行系統的試壓。

（三）地埋管地源熱泵技術在暖通工程中的下管施工

在進行地源熱泵技術的下管施工的時候一定要注意下管的及時性，要在鉆孔完成以后立即進行下管，因為如果下管的時候越晚鉆孔里面的積壓越嚴重不利于管道的下放；為了達到良好的下管施工，一般采用的都是預制砼導頭下井施工方法進行施工，在預制導頭制作完成以后要進行相應的試壓工作，導頭的直徑應該大于四根HDPE管的直徑，小于鉆孔的直徑。然后依靠導頭的重量和管道本身的重量進行下井，下井的時候不要讓管道在地面拖拉，不要讓管道產生不自然的彎曲，更不能讓管道產生角度。

結語

綜上，隨著人們生活水平提高、社會經濟快速發展、信息技術的進步，能源問題與環境問題均得到了人們的廣泛關注。地源熱泵作為一種新興節能環保制冷供熱空調系統，無論在技術上，還是在其實際的應用效應上，均獲得了相應的提高，已成為當前中國綠色節能環保技術的一個重要組成部分，而這也要求在今后節能環保技術的研究過程中，還應加大該技術的創新，充分發揮其所具備的功能，以此為人們提供更為豐富且全面的服務。

參考文獻

[1]魏燕鑫，左風云.淺論地源熱泵技術在暖通空調節能中的運用[J]. 中華民居. 2011(04)

[2]石定寰. 地源熱泵技術打開地源利用新局面[J]. 工程建設與設計. 2006(12)

[3]王海青.淺談暖通工程中的地源熱泵技術[J].城市建設理論研究(電子版)，2011(29).