摘要：在当今世界，能源问题就是发展问题。虽然我国的能源总量较大，但我国人口众多，人均占有量少，而且我国能源储量主要以煤炭为主，能源利用效率较低，整体上看，我国的能源利用形式不容乐观。随着我国经济的飞速发展，人们的生活水平也在不断提高，在当今社会中可持续发展己成为世界各国发展的必由之路，可再生能源的利用技术受到越来越多国家的重视。本文主要介绍了地源热泵技术在建筑空调节能领域的应用。
关键词：地源热泵；空调工程；节能问题
引言
地源热泵技术是指热泵技术与浅层地热能相结合来承担建筑空调系统冷热源的一种高效节能的技术手段，地源热泵技术发展速度迅猛，在世界各国得到广泛的应用。热泵技术是一种通过消耗一定量的高品位能源来实现低品位热能转化为高品位热能的装置，常规的低品位热能（如空气、工业废热、土壤及太阳能等）不能被直接利用，通过热泵装置可以实现对低品位热能的利用，从而实现节能减排的目的。
1、地源热泵热泵空调系统的工作原理
1.1热泵的工作原理
热泵是一种通过消耗一部分能量（如电能、机械能等）将低品位热能转化成高品位热能的一种装置，利用热泵装置可以实现对低品位能源的有效利用，是一种高效节能的技术手段。由热力学定律可知，热量总是自发的从高温热源向低温热源转移，只有通过做功的形式才能实现低温热源向高温热源的热量转移。热泵机组由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等四部分组成。
在夏季时，室外环境温度高于室内温度，工质汽化吸热，蒸发器从室内吸取热量，工质经压缩机压缩后变为高温高压蒸汽，再通过冷凝器冷凝放热，将热量传递给高温环境中，冷凝后的液态工质在经过节流阀节流后流回蒸发器，如此循环达到制冷的效果，冬季工况下与夏季相似，只是室外环境的温度低于室内温度，热泵机组运行达到制热的效果。压缩机作为热泵系统必不可少的装置，其目的是将低压工质加压的作用，使工质在高温热源处能够放热；蒸发器是将流经节流阀后的制冷剂液体蒸发带走待冷却介质的一种换热装置，从而实现制冷效果；冷凝器是将压缩机做功过程的产热量以及蒸发器的吸热量都带走的一种换热装置，从而实现制热效果；节流阀可以调节循环工质的流量，并且可以对循环进行工质节流降压。
从热泵的原理中我们可以看出，热泵装置通过消耗部分能量可以将低温热源（如空气、土壤、地下水、地表水等）转换成建筑用高温热源，通过热泵装置能够节约大量高品位能源，减少污染物排放，实现节能减排。
1.2地源热泵空调系统的工作原理
地源热泵在制冷工况下，冷媒在蒸发器内蒸发吸热，带走室内的热量，室内温度降低达到制冷的效果，而冷媒在压缩机作用下，在冷凝器侧液化放出从室内带走的热量，这部分热量以及压缩机等设备的产热量经冷凝端换热器将热量传入地埋管、地下水或地表水中。同理，在制热工况下，低品位的浅层地热能在机组蒸发器侧换热，热媒介质蒸发吸热，从土壤中取热，经压缩机压缩做功后，在室内冷凝侧放热，将土壤中所含的热量传入室内，实现制热功能。另外地源热泵机组在制冷或采暖的同时，还具备制备生活热水的功能。
2、地源热泵空调系统节能性指标
我们定义热泵对一次能源的利用效率为能源的利用系数，其值越高能源的利用效率也就越高。反映了系统的供热能力和一次能源消耗量的比值，而地源热泵能源的利用系数较高。
《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》中指出，冬季供暖条件下以燃煤锅炉作为对比对象，夏季制冷时以水冷式冷水机组作为对比对象。在采暖季季节里，根据燃煤锅炉的燃烧效率以及建筑的热负荷，可以估算出系统的年煤耗量，而锅炉供暖系统中的水泵功耗、风机耗能等可近似与地源热泵机组相抵消；在供冷季节时，可根据制冷系统能效比EER和全年建筑冷负荷，估算出系统累计耗电量。再根据地源热泵系统全年的一次能源的消耗量，通过对比则可计算出热泵系统的节能量，节能量与常规空调系统能耗的比值则为节能率ESR。在整个采暖季和制冷季的能耗被称为年节能率，在典型工况下计算出的节能率称为典型节能率。典型节能率下的运行工况更接近于设计工况，能够反映地源热泵系统的节能效果。
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3、地源热泵空调在某工程中的节能应用
3.1冷热源系统
（1）空调负荷：逐时计算（采用鸿业软件），总冷负荷2344kW，冷指标108w/m2；总热负荷1733kW，热指标79.9w/m2。
（2）结合本工程建筑特点，为了节省运行成本，充分利用清洁可再生能源，设计采用冷却塔辅助散热混合式地埋管地源热泵系统。
（3）主要设备选型：选用螺杆式地源热泵机组2台，制冷量757KW，制热量827KW；选用水冷螺杆机组1台，制冷量757KW；末端系统循环泵4台；地源侧循环泵3台；冷却塔1台；冷却塔循环泵2台。
（4）运行调节方案：夏季优先运行地源热泵机组，不足时运行冷水机组；有利于地下热平衡及机组能效，过渡季节宜优先考虑冷水机组运行；制热时，运行2台或1台地源热泵机组即可满足热负荷的要求。
3.2地下换热系统设计
（1）钻孔形式：采用垂直双U埋管，管材为PE管，管径为de25。
（2）钻孔数量：以满足冬季热负荷来计算钻孔数量。
（3）钻孔分区域：分2个区，每个区域为134口地源井。地源井采用分区控制，与机组对应，可根据负荷变化特点，交替使用，有利于地下温度场的恢复，确保地下热平衡。
（4）地埋管布置：水平管均为同程布置，为方便检修和检测，每口井双U管直接同程式连接到检查井。
3.3地源热泵中央空调数据采集系统
（1）数据采集系统设置点位
数据采集共设置16个点位分别为：冷却塔数据4个点：温度传感器T1，压力P1（冷却塔回水）；温度传感器T2，超声波流量计F1（冷却塔供水）；地源侧数据5个点：温度传感器T3，压力P2（地源侧回水）；温度传感器T4，超声波流量计F2，压力P3（地源侧供水）；负荷侧数据5个点：温度传感器TS，压力P4（负荷侧回水）；温度传感器T6，超声波流量计F3，压力PS（负荷侧供水）；总耗电量采集点1个，电脑控制点1个；预留采集点2个，为以后功能增加预留空间。F代表流量计，T代表温度传感器，P代表压力传感器。
（2）实现的主要功能
①通过编程软件实现地源侧、空调侧、冷却塔侧的实时功率监视；
②通过plc编程软件实现数据采集、显示、控制；并转换成现实的功耗数据，算法由通机所空调检测所提供，符合国家标准；
③通过进项电源侧的互感器和智能电表采集实时电能消耗，传送到plc，计算cop系统能耗比；
④前台监控由电脑实现，并在电脑里编写软件，对数据监视，存储：地源侧的进出口温度，温差，流量，热量值，压差值，并在软件里模拟实际实物运行状况；
⑤满足系统以后的其他功能扩展，例如增加监控点主机运行状况等；
⑥整个系统可由投影显示在第二个影像设备上显示。
结语
总之，热泵技术主要利用可再生能源来实现供暖降温的目的，是一种重要的节能技术。需加强对地源热泵技术的认识，并对其在暖通空调节能领域中的应用进行不断研究，以促使其更好地应用到暖通空调节能设备中，发挥出更大的节能效用。
参考文献
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[2]李营，由世俊，张欢，等.冷却塔复合式地源热泵系统的运行策略研究[J].太阳能学报，2017（6）：101-102.
[3]何胜林.地源热泵技术在暖通空调节能中应用探讨[J].科技经济导刊，2017（16）：55-56.
论文作者:孙大伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/9
标签：源热泵论文; 节能论文; 热泵论文; 热源论文; 工质论文; 热量论文; 能源论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;