摘要：伴随我国国民经济的快速增长，节能减排已经成为建筑业发展的重要问题。在暖通空调节能方面，热泵系统因其良好的环保、节能特性得到了大力推广。
关键词：暖通空调领域；热泵技术；应用现状
1 地源热泵技术
1.1概念
所谓的地源热泵，即是指以建筑物本身内部为核心构建的地热能源交换体系，其由水源热泵机和地热能交换系统共同组成。冬季把地能中的热量通过温差的方式“取”出来，提供给室内采暖使用，夏季把室内热量取出来，释放到地热能中。这里的地热能是指土壤、地下水源、地表水源、海水源、污水源等等所蕴藏的低温位热能。“地源热泵”的概念，最早是在1912年由瑞士的专家提出的，而这项技术的提出始于出于英国和美国。而20世纪末中国引入这项技术，到如今，这项技术已经被大量应用于各个地区和诸多领域。
1.2原理
地源热泵又分为地表水源热泵、地下水源热泵以及地埋管。其中，地埋管是将大地与系统进行有效连接的主要方式，传热的实现主要是通过介质循环来完成，其组成结构主要包括埋管以及换热器。通常情况下，换热器在布置上可以采取竖直或是水平的方式。进行竖直布置时，主要使用的填实材料是灌浆材料，在埋设后还需注意对其进行填实处理，埋设管道形状通常是 U 形管。系统的原理为在夏季温度较高，系统便会将多余的热量传递给大地，供冬季采暖使用，同时对建筑热量进行吸收使建筑物温度降低。
1.3应用
（1）根据热量来源的不同，地源热泵暖通空调主要形式可分为地表水源、地下水源以及土壤源。其中，土壤源地源热泵暖通系统的应用最为广泛，其热量的传递主要是在土壤与机组之间进行，在热泵机组与土壤内部换热管道之间利用水作为工作介质进行循环流动。地下水源热泵通常使用在地下水资源丰富的地区，在使用前需由地方政府许可方可进行。地表水源热泵主要利用江河湖海水的地表水资源作为冷热源，其循环方式主要有闭式循环、开式循环两种。闭式循环在热传递上需要利用水盘管热交换器来实现热量在地表水与水盘管热交换器之间交换，而开式循环则无需借用其他热交换设备即可实现系统与地表水热量的直接交换。
（2）空调方案（如图一）
1）地埋管换热器
在进行地埋管地源热泵设计时需重点考虑换热器的设计，并合理规划其钻井数量及分布位置，根据实际建筑规模对地埋管长度与钻井数量进行准确确定。在具体施工时，还需对地下水水量及水温所对应的钻井单位井深的换热能力进行了解，计算钻孔换热量，并就施工区域进行一些换热性能测试。其中，钻孔数量计算方法如下： 
（1）
式中：N- 钻孔数；Q- 地埋管热负荷（kW）；q- 钻孔深度换热量（W/m）；H-钻孔深度。根据计算结果及设计经验，再对井直径、间距、有效埋深、井深进行确定。在实际应用当中，还需注意：首先，分水器与地源侧集水器须均匀布置在制冷机房内；其次，对钻井的布置方案进行控制，采用梅花状进行钻井布置，在布置时可充分利用建筑物附近的绿化带。机房中的分水器与集水器通过外围布置而进入的支路总管进行连接，在连接时需对所有支路的水压进行控制，使之处于平衡状态，并采用同程设计对所有钻井支路进行设计。
图一
2）热回收水系统
空调系统热回收技术不但能够实现对废热的充分利用，还能够对空调产生的热污染情况进行改善，与锅炉加热相比其总功耗较小，具有显著的节能效果。将热回收技术应用到地源热泵暖通空调系统中可以使地热不平衡现象得到缓解，对地热损失进行弥补，而且通过将废热传递给地下，可以实现对地热进行补偿作用，除此之外，还可以将回收到的热量用于冷水预热。
3）冷却塔运行策略
系统余热引入能对地热损失起到一定的弥补作用，但其效果不明显，为了使地热达到平衡，需引入辅助冷源设备，如冷却塔。冷却塔的应用需要结合其具体工况条件选用适当的启停策略，对其容量进行计算。①冷却塔容量计算。冷却塔容量计算方法起初由 ASHRAE 在 1995 年提出，其计算方法如下：
（2）
式中：- 辅助散热冷却塔设计放热量（kW）；- 设计中供冷月的总散热量（kWh）；- 设计散热总量（kWh）；-供冷月小时数（h）。在该算法中，冷却设备属于干式闭环路液体时，选择供冷月平均干球温度作为其室外设计条件，闭式闭环冷却塔则将湿球温度作为其室外设计条件。由于对室外环境条件的设定只是假设化，缺乏实际性的计算，因而在实际设计中还需结合计算容量给予一定的容量余量。为此，2012 年 Kavanaugh 对其计算方法作了一些改进，其容量计算过程总体上与 ASHRAE 提出的计算公式类似但其对土壤热量得失平衡也进行了考虑，能够对冷却塔容量计算进行校正，使计算结果更具实际意义。②启停策略。相关研究人员根据建筑全面冷负荷逐渐增大再逐渐减小的规律而提出了一种新的启停策略。这种启停策略能很好地保证土壤的散热质量，促使土壤温度维持在一个相对平衡的范围之类。其控制策略是在制冷高峰期使地源热泵与冷却塔同时工作，而当冷却塔的运行效率较高时，则可关停地源热泵运行，使冷却塔单独运行，此种方案可有效缩短地源热泵的工作时间。当然，冷却塔的启停策略有很多种，在具体设计时，还需结合地源热泵系统的具体工况进行评估选用。
2空气源热泵技术
空气源热泵技术的环境效益与经济效益较为显著，其中使用到的空气资源在自然界之中是取之不尽用之不竭的，同时其也具备一定的
清洁性能。而从经济效益的角度出发，整套系统运行效率经过多年技术应用于迭代在不断的提升，其受到地理因素、环境因素、时间因素的制约较少，其成本也较为低廉。因此，这种技术能够在功能性建筑与大型公共场所使用。近几年，随着我国北方几个省市先后推出“煤改电”政策，也使得这一热泵系统得到大量应用。然而，空气源热泵技术在应用过程之中也有以下几点缺陷，第一点缺陷在于空气源热泵技术的热输出功率较低，难以达到需求热载荷的实际需求；第二点缺陷在于空气源热泵在低温环境下运行时，压缩机会产生过热的现象，从而导致停机问题的发生；第三点缺陷在于空气源热泵在低温环境之中运行时，会发生 COP 值明显降低的情况，其低温适应性能较差，这也为空气源热泵技术的发展和广泛应用造成了实质性的困难。在空气源热泵应用时，相关工作人员应该考虑到室外环境的实际温度，从而避免室外机霜冻现象的发生，同时空气源热泵技术需要与其他类型热泵混合使用并进行多级压缩，确保空气源热泵的压缩机能够实现变频运行。
3太阳能热泵系统
而太阳能热泵的主要原理也是采用太阳能为主要来源进行太阳能集体的供给和热泵蒸发的组合方式一个完整系统，而也主要分成两种主要形式，首先在非直膨式系统中，太阳能热泵的供热原理是与太阳能集中供给原理呈现出反比的关系，在系统运转的过程中通过集热供给技术为主要方向，完成对太阳能的吸收，并将蒸发器过程中所产生的热量传送给制冷系统，在或者用另一种传播媒介空气或者水为供给预热能量，第二在直膨式系统中，就是另一种的逆向思维的转换，而是将太阳能集中供给和热泵蒸发器为一体，而不是独立分离，也节省了在非直膨式系统中，所需要换热的设备。
结语
随着时代的发展，人民生活水平的不断提升，越来越多的技术被应用到暖通空调领域之中，在新能源热泵技术上也有着质的突破。本文针对于目前暖通空调领域常见的几种热泵技术的技术要点和应用做出了分析研究，给热泵技术在暖通空调领域应用提供了思路，希望能对促进新能源热泵技术在暖通空调领域的应用提供助力。
参考文献：
[1] 刘逸，殷刚，于春光，等 . 严寒地区太阳能土壤源热泵供暖运行模拟研究 [J]. 哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2016（1）：66-67.
[2] 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:王永周
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/3/27
标签：源热泵论文; 冷却塔论文; 技术论文; 热量论文; 热泵论文; 地热论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第30期论文;