摘要：地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经比较成熟，而且经过多次的示范实践，肯定其具有节约能源、性能稳定、清洁安全等优点，虽然其初期投资比常规采暖空调系统大，但可以大大节省运行维护费用。据世界环保组织估计，设计安装良好的地源热泵，平均可节约用户30%～40%的采暖空调运行费，因此它将成为大有发展前景的采暖空调技术。本文阐述了地源热泵系统的优点和效益，探讨了地源热泵技术在暖通空调节能中的运用。
关键词：地源热泵技术；暖通空调；空调节能
1 地源热泵
1.1 地源
地源（groud source）有着十分丰富的汉语内涵，包括了所有地下资源。但是现阶段，在暖通空调行业中，地源主要是指地壳以下400m以内范围的低温热资源，大部分热量来自太阳，少部分来自地热。地表水体、土体均是大规模的太阳能集热器，太阳辐射能量的47%都被地表吸收，该能量规模远远超过人类活动能耗，是接近无限的清洁可再生能源。地源热泵技术的基本思路就是通过少量高品位能源，将浅层热能转移为高位热能，在冬天供暖、夏天制冷。
1.2 地源热泵技术的发展
20世纪中叶，能源与环境问题逐渐为人们所关注，关于地源热泵的研究就已经开始，在20世纪70年代之后，石油危机促进了地源热泵技术的发展，美国截至1985年，就已经发展出1万台左右的地源热泵，1998年则增加到5万套地源热泵系统，在空调总保有量中，地源热泵占据了19%的份额。欧洲发达国家如瑞士、奥地利、德国均使用地埋管地源热泵为室内地板供暖，并提供生活热水，瑞士地源热泵的使用比例高达96%。近些年，能源危机加剧，掀起了世界范围内的地源热泵研究热潮，地源热泵装机量空前增加。
我国从20世纪80年代开始关注地源热泵，一些高等院校开始了关于地热供暖的理论与实验研究，建立了一系列试验台，在螺旋盘管地源热泵供暖与过渡季制冷方面取得了一定的研究成果。1989年，青岛建筑工程学院和瑞典皇家工学院建立了第一个关于水平埋管的地埋管地源热泵实验室，至2000年，重庆大学的50mU型管地下换热器经过冬夏运行性能测试，认为该地源热泵已经具有工业级应用价值。
1.3 混合式地埋管地源热泵
随着关于地源热泵研究的逐渐深入，研究人员逐渐发现，土壤热平衡问题成为了地埋管地源热泵性能主要的影响因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同地区有着不同的光照条件和气候条件，如果不能有效解决土壤热平衡问题，将导致地埋管地源热泵运行效率低下，甚至反而导致耗能增加。例如我国北方地区，如果采用冬夏兼用地埋管地源热泵，北方天气寒冷，冬季长期低温，那么就会出现冬季提取地层热量超过夏季地层吸收热量的情况，而南方却与之相反，在地源热泵的长期运转过程中，土壤平均温度会发生变化，导致地源热泵的热交换效率持续下降，甚至完全瘫痪。因此研究人员开始研究如何因地制宜地在应用地源热量的同时保持土壤热平衡，其中混合式地埋管地源热泵技术在维持土壤热平衡方面表现较好。混合地埋管地源热泵通过地源热泵和其他加热与散热技术的联用，消除过分依赖地源热泵对土壤温度的影响。与此同时，混合型地源热泵在冬夏分明地区可根据冷热负荷实际情况，考虑辅助设备负荷，适当减小预埋管长度，进一步减小对土壤温度的影响，转变了单一地埋管地源热泵依靠冷负荷设计的基本原则，降低了地埋管地源热泵的建设成本。
2 地源热泵技术在暖通空调节能中的运用
2.1地源热泵空调系统的机组设计
当前，地源热泵应用的形式较为广泛，尤其以蒸汽压缩式热泵的商用范围最为广泛。其主要由若干室内机组及一个室外机组构成，在该系统中，可以对每个空调进行独立调节，满足不同的空调温度要求，节能效果良好。对于变频式地源热泵空调系统来说，再加上新风系统的应用，其发展前景较为理想，尤其在中央空调系统的应用中更具意义。
因此，优化机组设计，对整个系统的运行非常重要。在传统的空调系统设计中，主要为经验主义加实验办法，通过设计简单、易用的实验办法，减少对理论知识、实验条件等依赖性。但是在实验设计中，难以避免稳定性低、可靠性差等问题，因此大多应用于产品初级开发阶段。地源热泵在空调系统中的应用，表征方案的独立变量以设计变量为主，最佳的优化办法就是研究确定变量的具体办法。有关评价方案的优劣，主要由设计变量来决定，那么该指标就是设计变量的函数。
在系统的优化设计与选择过程中，往往设计变量的取值决定于各种受限条件。变频式地源热泵空调系统，主要包括蒸发器、冷凝器、变频压缩机、室内机、电子膨胀阀、水泵水管路系统、制冷剂管理等。结合制冷系统的热力学理论，利用相互关联、参数动态分布等办法，构建系统内的运行参数动态方程及数学模型，构成系统运行参数的方程组，并实行动态模式。对于系统的动态模拟，给系统的优化设计提供了依据，实现空调系统的节能性、舒适性以及良好制冷制热效果，达到降温幅度、降温速度等指标要求。
结语
地源热泵技术是一种低位可再生能源技术，相比于电力，使用地源热泵作为建筑暖通空调能量来源，有着清洁、节能的优势，是一种绿色的暖通空调方案，在保护环境和节能减排方面都能够发挥重要作用。
参考文献：
[1]万军.地源热泵系统工程施工技术[J].内江科技，2011，（04）.
[2]管蓉.地源热泵空调系统的应用[J].能源研究与利用，2011，（02）.
论文作者:程结
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/21
标签：源热泵论文; 系统论文; 技术论文; 空调系统论文; 土壤论文; 节能论文; 变量论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;