摘要：随着生活水平的提高，建筑结构中的暖通空调设计除了要满足实用性的要求更需要满足情节性的要求，以不断满足人们生活需求与社会发展的要求。土壤源热泵系统是新型的暖通空调中常用的系统，利用地下丰富的地热资源，不仅提高了资源的利用效率，也实现了暖通空调的节能要求。本文分析了土壤热泵技术的工作原理、特点以及使用该技术的优点，进一步详细分析了其在暖通空调中的具体应用，包括埋管方式等，有利于实现土壤源热泵技术的进一步发展与应用，实现建筑暖通设计的节能环保要求。
关键词：土壤源热泵；暖通空调；节能
近年来，随着建筑行业的快速发展，建筑能耗也越来越大，对于我国的环境与资源发展构成了严重的威胁。根据有关数据显示，在建筑能源消耗中，取暖、空调的能源消耗占到了总体能源消耗的将近一半，因此，对于暖通设计中的节能问题要引起重视。越来越多的实践表明，土壤源热泵技术具有极高的制热能力，与锅炉制热相比，节能率高达50%，与电取暖的方式相比，节能率更是高达78%，进一步证明了土壤源热泵技术在暖通设计中具有使用和推广的必然性与现实意义。
1土壤源热泵技术概述
土壤源热泵是地源热泵技术的一种，地源热泵主要是基于地下土壤、水等的稳定性特性，通过热泵实现能量的转化，满足人们的日常生产生活需求。而土壤热泵技术将地下的地热资源作为初始热源，通过热泵消耗电能，实现能量的转化，其转化过程相对稳定，不受环境、地域等其他条件的影响，并且高效、环保，因此得到了广泛的应用。
1.1土壤源热泵的工作原理和特点
土壤源热泵技术的工作原理与空气源热泵相类似，主要是利用逆卡诺循环原理，通过输入电能，实现低温热源向高温热源的转移，实现冬季从室外吸收热量用于室内取暖，夏季从室内吸热降低室内温度，通过室内室外的能量转移实现制冷制热的目的。夏季，主要目标是实现室内制冷，热泵通过室内侧换热器取出室内热量，与室外侧换热器实现能量转移，释放热量；冬季，主要目标是室内制热，与夏季相反，实现供热。土壤源热泵技术主要是室内室外的热源交换和转移，以地表中浅层的换热器作为中间的热量传输和转移设备，来实现能量的转移。暖通设计中，高温热源的温度高低直接决定着整体设计的供热效果，冬季供暖水平取决于地下地热温度与室内温度之间的差异，二者温度差值越小，土壤源热泵技术的制热效果越好，效率越高。因此，在实际的施工过程中，往往需要选择土塘热度最佳的位置，当然，还要考虑热源对换热器的腐蚀等综合因素来选择制热效果最佳的热泵系统位置。
土壤源热泵技术实现了冷热源的统一，系统设备集中占用空间有限，通过消耗少量的电能，来实现内外部冷热的交替，达到制冷制热的目的，实现了对于可再生能源的利用，提高了资源的利用效率，改变了传统的锅炉供热系统，对于改善空气质量具有良好的效果。虽然空调制冷制热也有不错的效果，但是其对于电能等能源的消耗极大，而土壤源热泵系统与空调相比，减少了能源的消耗，而且实现了季节性的冷热平衡，因此，具有广阔的应用前景。
1.2土壤源热泵的技术优势
1.2.1灵活性
暖通设计中采用土壤源热泵技术，可以取代传统的锅炉取热、冷热水供应的空调装置等，整体设计的安装区域不需考虑很多因素，而且安装占用的空间位置小，且不需要进行能源的储备，安装与操作都具有灵活性，适用于各种气候类型，热带与寒带都可以使用。
1.2.2成本低
土壤源热泵系统的安装运行费用低、能耗小、设备维护管理相对简单且费用低，因此也就做到了高效节能与环保，延长了设备的使用年限，随着技术的更新，自动化的热泵系统更是减少了人力的投入，自动化系统运行效率更高。
1.2.3环保性
土壤源热泵系统通过对地下浅层土壤的能量转化，来实现暖通设计的优化，其能量的转化过程不受地域条件、资源等的约束，相较于传统的锅炉供热系统，具有高效、节能的特点，减少了能源资源的消耗，并节省了运行的成本，减少了温室气体等的产生，有利于环境保护与可持续发展。
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1.2.4经济性
土壤源热泵系统不需要建立其他外部设施，能够节省空间面积，提高整体系统的经济效益，而且土壤源热泵技术的供热具有极强的稳定性，与传统锅炉供热相比，不需要大型集中的相关设施，减少了系统的工作量和管理维护成本，有利于提高整体系统与建筑的经济性，实现长远的发展。
2土壤源热泵技术在暖通空调系统节能中的具体应用
在建筑施工中暖通空调系统采用土壤源热泵技术，实现对于整体工程供热效率的提高，并同时实现整体建筑的经济性、环保性。
2.1土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式
在土壤源热泵系统中换热器作为重要的冷热传递和能量转移的通道，其埋管方式要结合实际的暖通设计系统来选择，确保发挥最大的供热效果。
2.1.1水平式
水平式土壤换热器最常用于单向运行的空调系统内部，埋管深度一般要大于2米到4米之间，由于在暖通设计中该技术仅用于供暖，由于冬天的土壤处于放热状态，那么就要求在进行换热器埋管时，沟一定要有足够的深度，并且管与管之间的间距要尽量大，才能达到最好的供热效果。
2.1.2垂直U型式
这种埋管方式主要是需要通过钻孔的方式来埋U型管，与水平式相比，具有占地面积小、系统运行更为稳定的优点，也因此具有推广应用的可能性，但是这种埋管方式也有缺点，钻孔打井等的投入费用大，导致初期的成本投入高。
2.1.3垂直套管式
这种土壤换热器主要是由内外两种形式而形成的闭环系统，具有循环性，水从外套管自上到下流动，再从底部经内套管流出，这种换热器适合在地下岩石深度比较浅但钻孔与打井工作困难的地下环境使用。从更多的实践表明，垂直套管换热器比垂直U型的供热效率高20%-30%。
2.2 土壤源热泵系统的节能运行
土壤源热泵通过与节能空调机房的配合实现了供热节能的目标。在整个热泵系统中，空调机房对整个暖通设计系统而言，具有重要的作用，为整个系统提供维持整体运行所需要的重要动力，主要由水源侧的泵与用户侧的泵来实现供热的目的，前者是为了实现对于土壤源泵实现水的循环，而用户侧的泵测试为了实现向室内传输循环水，实现室内室外的热量转移与传输。在整体水循环的输送中，还需要避免漏水现象的出现，达到冷热交替的平衡。在整个土壤源热泵系统运行过程中，节能的实现不仅是能源的低消耗，还实现了资源的循环利用，比如在暖通设计系统中，可以回收放出的热量，制取生活水，保证了整体暖通系统中水循环的动态平衡，实现了节能环保高效的供热效果。
结束语：
土壤源热泵技术作为一种新型的技术，有效实现了供暖、制冷以及生活用水的结合，不仅实现了节能减排的设计目标，也实现了暖通设计的良好的效果。随着经济社会的发展，土壤源热泵技术的发展也在不断改进，更具经济性、灵活性、环保性的特点，具有推广与实现的必要性与现实意义，在未来将有着广阔的发展空间。
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论文作者:张贺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：土壤论文; 源热泵论文; 系统论文; 节能论文; 技术论文; 换热器论文; 暖通论文; 《基层建设》2019年第5期论文;