摘要：我国是世界上最大的能源生产国和消费国之一，多渠道开发能源和提高能源使用率一直是我国技术追求的目标，而新型能源的研发和应用越来越受到热捧，地源热泵就是对绿色、生态、可再生的地下浅层土壤、水源资源利用的技术手段之一。本文就地源热泵中央空调系统的原理出发，根据其特性和优势，并就其安装运行方式进行探讨分析，以供参考借鉴。
关键词：地源热泵；中央空调系统；环境效益；经济节能
引言
在中央空调系统的发展进程中，地源热泵被不断研究并应用其中，它是一种利用地源的新能源技术，既能制冷制热，又无污染可再生；它是一种新型中央空调，具有环保节能、机动舒适的特点。地源热泵指利用地球浅层土壤、水源作为能量来源，配备热泵原理在地下埋管工作，并且其工作机制不受外界环境温度变化影响，热源温度高、全年稳定，因此相较于其他热泵，其供暖制冷的能效都要高出许多。
所以在足够场地埋设管道的建筑中，值得应用地源热泵中央空调。
1 地源热泵工作原理
地源热泵实质也是工程应用技术的一种，区别在于对地源即地表常温土壤或地表水（河湖、地下水等）全年温度稳定的性质加以利用，通过地下水或埋设管道于建筑物场地中进行热泵工作，实现热能高低位转移并与建筑物进行热交换的技术方式[1]。地源热泵中央空调系统主要组成部分为水源热泵机组、室外地能换热系统和室内采暖空调末端三部分，水源热泵机组可以在水-水型机组或水-空气型机组两种中择其一。三个系统热量传递的介质是水和空气，无论是与地能换热还是与采暖空调末端换热，水和空气都需要经过水源热泵系统。
地源热泵工作原理：①夏季供冷：夏季低温的地下环境作为冷媒，地源热泵机组中的压缩机循环转换冷媒（液）与汽，同时冷媒将吸收交换器内室内空气循环所具有的热量，通过循环水吸收冷媒中的热量经过冷凝之后，又被室外地能换热系统转回地下，如此形成室内热量的不断转移，最终借由冷媒-空气热交换器送出冷风至室内。②冬季制热：地源热泵系统制热原来与其夏季制冷原理大致相同，区别主要在于压缩机的循环过程变成逆循环，冷热介质调转运行，通过压缩机之后转换为高品位热能，送入室内产生供暖效果。
2 地源热泵优点
2.1 可再生性 地源热泵冷热源来源于小于400米深的地表浅层地热资源，这种地热资源也称作地能，蕴藏着太阳能和地热能。地表浅层像一个集热器不断吸收太阳能，太阳能量的47％吸收其中远远超过人类每年能量利用率，超过500倍还多[2]。地能没有地域差异，没有其他资源限制，地表浅层所到之处，地能供给源源不断，可不断循环再生，使得地源热泵成为清洁的可再生能源利用技术。
2.2经济节能性地表浅层地热资源的温度全年变化幅度较小，冬季和夏季温度与环境空气温度刚好相反，因此不管是作为热源还是冷源，它的温度特性给地源热泵提供了更好的运行效率，比传统空调系统高40%，这也相应节省了40%左右的运行费用，实现高效节能功能。同时，热源相对恒温的特性为热泵机组提供了稳定可靠的环境，使得整个空调系统运作更为经济环保、高效节能。
2.3 环境效益显著 地源热泵排放的污染物比气源热泵少40％以上，比电供暖少排放70％以上，若配合使用节能措施，则减排效果和节能效果更上一层。地源热泵与常规空调装置一样都采用制冷剂，但其优势在于制冷剂经过事先装置密封变成自含式系统，其充灌量与常规空调装置相比少了25%，这样一来非常有效降低了制冷剂泄露事故发生几率。有专家测算比较过地源热泵环境效益，40万台的地源热泵的污染排放物是50万辆汽车的排放量，但同时能够减少排放100万吨的温室气体，这是“化石能源”无可比拟的环境效益优势。如此出众的效益下，只需单独安装能量分配器，就能获得每个房间的自主调节功能。
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2.4 维护费用低 地源热泵的热源温度一般稳定在10～25℃之间，全年温度变化幅度较小，因此其制温系数高达3.4～4.5之间，而运行费用却只用普通中央空调的一半左右。地源热泵所组成的机械部件占比很少，更重要的是这些部件隔绝了室外气候的影响，要么埋在地下，要么藏在室内，恶劣气候根本影响不到，从机械部件的使用寿命来说，地下的可使用50年，地上的也能使用30年，期间不再需要维护修理，因此地源热泵无需维护费用。
3 地源热泵室外地能换热系统装置
地源热泵中央空调系统的装置之一是室外地能换热系统，主要通过安装室外地埋管实现运行，地埋管采取直埋式。直埋式管道施工占地面积小，节约了建筑环境成本，更重要的是其运行并不会产生噪音，具有可靠和持久的优良性能，因此采取地源热泵装置系统具有多方面的优势，值得推广，安装直埋式管道的过程如下：
3.1 钻孔 垂直埋管首先要进行的工作就是用钻机钻孔，钻头直径一般在10～15cm之间，根据需要需钻15～20cm深，这种浅度采用正循环钻进法就能达到需要程度[3]。根据我国土质，一般采用普通的工程钻机钻孔，完成钻孔施工后，须完整保持孔壁。根据土质情况，砂层土质需要加套管钻孔，避免孔壁坍塌；对土质较好的地区，即泥浆密度近于1.125kg/cm3时，用裸孔钻进并随时加清水降低泥浆浓度，钻孔结束时需清理砂粒并控制泥浆保持1.108kg/cm3左右的密度，如此就能保持孔壁稳定。
3.2 制备U型管 U型管需要按照建筑物当中的结构制定接管方式，为了保证熔接接头可靠性，在制备符合需求的PVC型管后需在室内熔接U型弯接头。将U型管铺开下入场地中打好的孔内，同时在孔内注入具有传热效用的防冻液，以此增加了U型管的重力达到下管最佳效果。接着，在保证防冻液没有泄露的情况下对PVC管的U型接头位置进行捆绑配重，3根PVC管捆绑1根钢筋，5根PVC管则搭配捆绑2根钢筋，钢筋的规格一般为a8～1.5cm、215m长。
3.3 下U型管 地源热泵技术采取热量总量的关键环节在于下放U型管的深度，因此计算热量采集多少的决定因素是下入U型管的长度及所下深度而不是垂直距离深度。那么，采取人力下管的方式足够下进孔内，靠人的感觉还能分辨U型管下孔过程中是否损坏，因为下孔时U型管会与孔壁相互摩擦，遭到下孔阻力，这时可将粗麻绳套进PVC管，进行杠杆加力，下管成功率大大提高，还能增加10多20米的深度。
3.4 灌注 通过注浆填充U型管安装后的空隙，能够提高地埋管的传热性能[4]。在选取填充材料时，应优先考虑传热性能更好的材料，这种材料一般用特殊物质混合制作，并在实施注浆操作时，需要保持注浆的连续性，才能从全方位保证传热效果，提高系统的整体运行效率。
4 结束语
在20世纪90年代之初，我国气候寒冷的东西华北地区就掀起了对地热资源的开发和利用潮流，有力地减少了对废气排放重的煤炭等资源的使用，从而减轻了大气环境污染。地热资源的开发应用，所产生的良好经济效益和环境效益，使得地源热泵技术进一步得到发展和提升，在我国更多地区及更多行业得到广泛的推广。面对如此强劲和良好的势头，国家和相关部门应制定指引性对策，倡导正确应用和健康运行，并在环境保护作用方面作出更为优质的示范工程以供借鉴。
参考文献：
[1]王成. 地源热泵空调系统于南大科学园创新创业学院工程中的应用[J]. 建筑•建材•装饰, 2016.3(21):123*123.
[2]满意, 王泽江, 史盛钰,等. 用于冷负荷占优型建筑的地源热泵复合系统模拟研究[J]. 建筑技术开发, 2016.2(6):43-47.
[3]孙玉德. 地源热泵系统与传统中央空调系统的对比分析[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015.2(10):23-24.
[4]胡一兵. 地源热泵中央空调工作原理及施工过程中的质量控制[J]. 工程技术:全文版, 2016.2(3):00180-00181.
论文作者:杜红兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：源热泵论文; 地热论文; 空调系统论文; 系统论文; 钻孔论文; 热源论文; 环境论文; 《基层建设》2017年5期论文;