柏诚工程技术（北京）有限公司广州分公司 广东省广州市 510620
摘要：随着资源节约型、环境友好型社会创建的不断推进，多方面优于传统暖通空调方案的地源热泵系统开始成为业界关注的焦点，基于此，本文简单分析了暖通空调设计中地源热泵的应用价值与注意事项，并结合实例详细论述了暖通空调设计中地源热泵的具体应用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键字：暖通空调；地源热泵；地埋管换热器
前言：
为保持室内温度的适宜，需消耗大量能源的空调机在我国有着极为广泛应用，由此产生的大量能源消耗、环境破坏必须得到关注，而在资源短缺、节能减排的大背景下，暖通空调设计的改革势在必行，本文研究具备的较高现实意义可见一斑。
1.暖通空调设计中地源热泵的应用价值与注意事项
1.1应用价值
对于暖通空调设计中地源热泵的应用来说，节能环保、稳定性高、能源利用率高属于其主要应用价值，具体应用价值如下所示：（1）节能环保。地源热泵的热能主要源于大地，建筑内部的温度也能够通过热交换进行调节，这就使得暖通空调的废气、废水排放量可实现大幅减少，环境破坏与资源消耗的降低也能够同时得以实现。（2）稳定性高。应用于北方地区的传统暖通空调系统很容易出现外部保温系统损伤问题，而基于地源热泵的暖通空调系统则因为深埋地下而受到的低温天气影响较小，暖通空调的耐久性、稳定性因此大大提升，建筑的美观性也同时得到了保障。（3）能源利用率高。基于地源热泵的暖通空调设计充分利用了大地的冷能和热能储存功能，因此其能够在冬季存储大量冷能量、夏季存储大量热能量，由此进行实现的室内温度调节实现了能源利用率的大幅提升，这也是一般情况下基于地源热泵的暖通空调能够消耗1kWh能量得到4.4kWh以上的热量或冷量的原因[1]。
1.2注意事项
为保证暖通空调设计中地源热泵最大化发挥自身价值，以下几方面注意事项必须得到关注：（1）因地制宜。客观环境会直接影响暖通空调设计中地源热泵的优势发挥，因此因地制宜原则必须贯穿地源热泵的应用流程，由此针对性的增加制热装置和冷却装置，便能够保证暖通空调较好满足人们需要，地源热泵的价值也能够实现更好发挥。（2）合理选择机组。基于地源热泵的暖通空调设计需要挑选适合的机组，地源热泵对机组提出的较高性能系数和能效比要求需要得到重点关注，否则建筑物的夏季制冷、冬季供暖将直接受到影响，暖通空调系统的正常使用也可能出现一系列问题。（3）合理管控。基于地源热泵的暖通空调系统需要得到合理的管控，这里的管控涉及井群控制系统、水池控制系统、热泵机组自动控制系统，由此开展分组管理并保证各控制系统的控制能力，即可更好为人们提供服务[2]。
2.暖通空调设计中地源热泵的具体应用
2.1工程概况
为提升研究的实践价值，本文选择了某地由12座别墅、7栋板式住宅楼组成的小区作为研究对象，根据建筑高度及性质，该小区被分为高区和低区，其中高区包括4栋高层板式住宅楼（1~4号），其余均属于低区。小区建设了地埋管-辅助换热复合式地源热泵系统与地埋管地源热泵空调系统，前者主要服务于1~13号楼，后者则用于14~19号楼，且每户设置1台水源热泵机组，用户侧、户外水源侧分别设置双管式风机盘管系统与地埋管-辅助换热复合水系统，人工湖水冷却换热器与地埋管组成了夏季复合水系统，主要负责提供循环冷却水以满足户式热泵机组需要，板式换热器、燃气热水锅炉、地埋管则组成了冬季复合水系统，主要负责提供循环低温热源水以满足户式热泵机组需要。
2.2具体应用
2.2.1总体构成
由于小区总建筑面积高达21万m2，这使得暖通空调系统需要承担的总热负荷与总冷负荷较大，因此选择了图1所示的地埋管-辅助换热复合系统，该系统主要由四个子系统构成，包括燃气锅炉辅助加热系统、浅湖冷却水源热泵系统、户式水源热泵-集中地埋管系统、生活热水复合系统。
图1 地埋管-辅助换热复合系统
2.2.2户式水源热泵-集中地埋管系统
由于工程涉及的地埋管数量较多、用户的空调使用灵活性较强，采用了集中设置地埋管、分散设置水源热泵的水环热泵系统形式，每户的空调主机均为水源热泵机组，该机组可通过吸收环境废热实现系统内热量平衡，且用户可根据自身需求启停热泵并选择不同的运行模式。其中，系统机组冷凝器侧的水来自地埋管，其夏季循环液出口、进口温度分别为30℃与34℃，冬季则分别为2℃与6℃，而设置于每户厨房附近设备间的模块式水源热泵机组则能够分别在夏季与冬季制备7℃/12℃冷水、45℃/35℃暖水。系统地埋管总长度、钻孔数、钻孔深分别为114750m、1530个、75m，地埋管能够承受的低区建筑、高区建筑冷负荷分别为896kW与3680kW，热负荷则分别为1120kW与4600kW。
2.2.3浅湖冷却水源热泵系统
由于小区内拥有面积较大的人工湖，因此采用人工湖水作为空调冷却水，而通过建立浅湖散热模型开展计算，可确定在7月份条件最不利情况下，人工湖可承担的冷却负荷为2800kW（湖水温度30℃），而为了降低初期投资，使用湖水的空调冷却水降温散热采用了板式换热器，取4~6℃作为冷却水供回水温差。
2.2.4燃气锅炉辅助加热系统
考虑到地埋管换热系统无法满足小区全部建筑物冬季高峰供热负荷需要（仅能满足80%），因此采用了燃气锅炉作为辅助加热系统的热源，而结合当地历史气候数据开展计算，可得出该小区有7.2%的时间存在供热负荷超过设计负荷70%情况，而为了降低燃气锅炉的能源消耗，采用了燃气锅炉补充地埋管换热器能力的设计思路，即燃气锅炉仅需要将温度较低的循环水加热至10~15℃，暖通空调系统的节能效果由此得到了更好保障。
2.2.5生活热水复合系统
考虑到小区供暖取热负荷明显小于空调散热负荷，且需要通过浅湖、地埋管换热释放，因此小区建设了生活热水复合系统，以空调冷却水作为低温热源水（生活热水热泵），总能源利用效率由此实现了进一步提升，地源热泵也得以更好服务于暖通空调系统。
结论：综上所述，暖通空调设计中地源热泵的应用具备较高推广价值，在此基础上，本文涉及的户式水源热泵-集中地埋管系统、浅湖冷却水源热泵系统、燃气锅炉辅助加热系统等内容，则提供了可行性较高的地源热泵应用思路，而为了更好发挥地源热泵价值，精确的冷热量平衡计算、负荷计算需要得到重视。
参考文献：
[1]张成方.暖通空调设计标准中地源热泵的应用分析[J].中国标准化,2017(22):140-141.
[2]郝赫,宋晓玲,张素芳,邓明煌.单因素敏感性分析在地源热泵地埋管换热器系统设计中的应用[J].暖通空调,2016,46(02):90-95.
论文作者:罗有悦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
标签：源热泵论文; 系统论文; 暖通空调论文; 冷却水论文; 机组论文; 热泵论文; 负荷论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;