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摘要：伴随着国民经济水平的不断提高，人们对自身的工作及生活环境质量提出了更高的要求，暖通空调得到了非常迅速的发展。但同时对节能，绿色建筑的要求越来越高。常规的水冷机组和空气源热泵在向房间供冷的同时，房间的热量也被排放到室外环境中，加剧了城市的“热岛效应”，而地源热泵系统己为社会所接受，被称为“绿色”空调系统。故本文主要对地源热泵在暖通空调设计中的应用进行了简单的分析与探讨。
关键词：地源热泵；水源热泵；土壤源热泵；应用
一地源热泵系统简介
暖通空调设计当中所使用的地源热泵系统实际上就是把空调系统的当中的关键设备蒸发器或者是冷凝器设置在楼宇的地面下方，利用水介质和土壤来对热源进行交换，这样地源热泵系统就可以在气温很高的夏季，把大量的热能贮备起来，为建筑物和楼宇在冬季提供暖源；当然在寒冷的冬季地源热泵也可以把大量的冷能储备起来，为建筑物和楼宇在夏季制冷使用。地源热泵系统的能量来自于大地，所以，这一技术的设计能够有效的降低暖通空调对于能源的消耗和减小对环境的影响。
图1热泵机组原理图
二热泵分类
2.1土壤源热泵
土壤作为热交换器的地源热泵称为土壤源热泵系统。通常也称做地源热泵系统，
图2土壤源热泵机组原理图
土壤源热泵可分为水平埋管和垂直埋管两种形式，其主要是根据地埋管的方式的不同进行分类的：影响埋管方式选择的因素有多种，其中场地的大小，土壤的类型以及埋管的成本具有决定性的作用。在拥有足够大的场地但土壤层岩石比较多的情况下，水平埋管显得更具有经济性；若场地较小，则选择垂直埋管更为合理，当然，埋管方式一层不变的，可根据具体的情况进行选择。埋管换热器的联接方式有2种，a）并联；b）串联。对于水平埋管方式，选用并联或者串联取决于成本的大小；而在垂直埋管中，U型管相对于并联或者串联换热器来说，其优势就较为明显，不但所需管径更小，更能降低管路、防冻液以及人工费用等。垂直埋管方式分为浅埋与深埋管两种，其分类条件是埋管深度，两者差别也比较明显，总的来说，埋管方式的选择需要根据实际状况来决定的，不同的方式各有优缺点，但不管是哪一类型的地源热泵系统，其都有优越的、其他系统所不能替。
2.2水源热泵
与土壤源热泵系统不同的是水源热泵利用的是水。根据水的来源将其分为：
1）地下水源热泵；地下水热泵体系主要指的是利用地下深井水温具有相对稳定性的这一特色，然后进行热量的交流。优势在于，占地面积相对比较小，适用于地下水充足的地区，在使用过程中具有显著性的效果，此外施工相对比较简单，技能相对也比较熟练。在地下水热泵使用过程中，在地下水进行抽取之后，必需要实施相应的回灌作业，预防对周围的地理及生态环境形成负面的影响。
2）地表水热泵：地表水热泵主要是由潜在水面以下的塑料管道为主要的构成部分，作为换热体系。在地表水热泵运转中构成的地下水热交换体系可以代替土壤热交换体系。在地表水热泵的应用过程中，有必要要对该区域内的周围环境条件实施充分的考虑，对相关的设备及管道实施有必要的防潮及防冻处理，降低气候要素对其的损坏及影响。
3）污水源热泵：污水源热泵是利用污水处理厂出水量大，水质比较稳定，常年温度在13～25℃，以污水作为热源实施制冷以及制热循环的一种空调设备。
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①污水源热泵具有热量输出安稳、换热作用好、COP值高以及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更加环保，污染物的排放比空气源热泵降低大约40%以上，比电供热削减了70%以上。它节约能源，比电锅炉加热节约2/3以上的电能，比燃煤锅炉节约1/2以上的燃料。因为污水源热泵的热源温度全年都比较安稳，其制冷和制热系数比传统的空气源热泵要高出大约40%，其运转费用仅是一般中央空调的50～60%。同时，它也有一定的缺点，污垢引起整个换热器的活动阻力压降增大，故泵耗费的功率提高。因此在污水源热泵体系中换热器的规划以及运用过程中，如何抑垢、防垢以及除垢是非常重要的。
三系统优势
下面重点分析下土壤源热泵系统的优势。土壤源热泵由于利用的低位能来自于土壤层，而土壤层相对于其他热源而言本身就具有恒温、稳定的优势，其具有以下特点。
1再生性
土壤源热泵除了使用少部分的电能外，其主要利用的来自于地表浅层的能量。地表浅层是一个巨大的集热系统，能够收集大量来自于太阳的能量且无处不在，相对于人类每年消耗的能源而言，地热源相当于一个无限可再生的资源，因此地源热泵系统具有可再生性。
2节能
土壤源热泵系统是最大的优势是节能。以整体能量循环角度分析，土壤源热泵系统冬夏两季互补互助，等于将夏季的热量储存于大地，冬季取之利用后将冷量储存后用于夏季制冷，这是一个良性循环。地源热泵此种运行方式不但没有破坏土壤层的热平衡，而且更有利于设备的效率提高。根据研究人员具研究，锅炉供热利用电能或者燃料内能的使用效率不高，而地源热泵系统相比于锅炉供热则能节省一半以上的能源。地源热泵的热源温度稳定，这使得热泵系统运行较为稳定，同时其制冷系数也比常规空调来的要高，就全年运行来看，运行费用都能有所降低。
3环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比少了40%；相比于电供暖而言其污染物排放减少70%，若综合其他方面，其节能减排会更加明显。其制冷剂充注量相比于常规空调，减少了25%，且没有燃烧、排烟以及废弃物。
4设备应用范围广
地源热泵系统能够制冷、供暖以及提供生活热水，一套系统能够代替原来的锅炉+空调两套系统；其可以应用于宾馆，写字楼，学校，别墅等建筑。
5土壤源热泵运行管理方便
在同等条件下，采用土壤源热泵空调系统的建筑在维护费用方面能够明显的有所减少，系统非常耐用，其机械运动部件较少，所有部件不是埋在地下就是安装在室内，几乎不受外界环境影响。地源热泵空调几乎属于免维护空调，降低了维护成本，用户在三年内能够回收多余的投资。
总之，加强对地源热泵技术在暖通空调中应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的暖通空调设计过程中，应该加强对地源热泵技术关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]）基于不同动态负荷的太阳能辅助地源热泵系统供暖特性研究[J].李素芬，代兰花，尚妍，东明，端木琳，李祥立.大连理工大学学报.2015（03）
[2]不同节能控制技术在空调冷水系统中的碰撞[J].邓祺，刘新民.暖通空调.2015（04）[3][4]
[3]地源热泵系统能效评估方法探讨[J].彭莉，郭良.江西建材.2014（24）
论文作者:耿会民
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/5
标签：源热泵论文; 土壤论文; 系统论文; 热泵论文; 热源论文; 污水论文; 方式论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;