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1、浅析暖通工程中地源热泵技术的应用摘 要：地源热泵技术的产生对建筑暖通节能有重要意义，因为该技术应用 于建筑暖通施工时，不仅能安全、有效实现建筑供热采暖，还能大大降低能源损 耗，实现建筑节能。为了探究地源热泵技术的应用特点，本文就地源热泵技术的 工作原理进行简单阐述，继而分析其独特的优势，最后对该技术的的应用进行了 较为详细的探究。希望可以为暖通工程工作人员提供一定的参考和帮助。关键词：地源热泵技术暖通工程设计应用对于供暖地区而言，暖通空调在人们生活占据极其重要的位置，为冬季人们 的正常生活的提供了重要保障。但是，传统的暖通空调系统比较落后，消耗巨大, 其消费成本较高，给人们的生活造成了巨大的压
2、力。地源热泵技术应运而生，暖 通空调应用更加广泛，暖通工程取得进一步的发展1。一、地源热泵技术的工作原理不同于其他采暖技术，地源热泵技术的工作原理具有自身的特点。它是热量 资源来自于地表浅层，以此来实现对于室内温度的调节，为室内提供热量。从热 量转移的角度进行分析，地源热泵技术的实质就是热能量转移，实现了高低温热 源之间的热量转移，使得二者在热量上保持了一定平衡，这样也就使得散热以及 供热的均匀。同时，该技术也有与其他技术相同的应用特性，充分利用自身优势促进室内 环境的改善以及环境质量的提升2。建筑内的温度一旦过高，地源热泵系统会 向外界土壤释放热量；室内温度一旦过低，地源热泵将土壤中热量吸收
3、，释放到 建筑内部，进而提高建筑温度。二、地源热泵技术的特点和优势目前阶段，暖通工程中应用地源热泵技术主要的是地表水技术、地下水技术 以及地埋管技术这三项技术，其中地埋管技术应用最为广泛。本文主要针对地埋 管技术进行研究，分析其应用的特点和优势。（一）地源热泵技术特点地源热泵技术主要有两个特点，一方面是节能减排，另一方面是环保持久。 节能减排这一特点主要是其热源转换过程，该项技术运用过程中不涉及任何燃 气、石油等能源的浪费，相比其他技术，其能源节约的特点是非常显著的。此外 该技术运用的过程中，因为该技术在使用的过程中，利用的是地表热源，不涉及 任何燃料的使用，也就不可能产生任何有害气体，对于室
4、内环境也不会造成任何 的污染，对于建筑内人员也不会形成不良的影响。关于第二个特点必须强调一下 是环保持久性而不是周期性的，任何时候无论四季该技术均可以使用，夏天的时 候减低室温，是室内保持凉爽，冬天的时候，吸收地表热量，进行供暖，提升室 温。（二）地源热泵技术应用优势相较于其他采暖技术，该技术的优越性比较独特，比如清洁环保，经济效益 高，能源可再生等等。环保清洁主要是因为该系统在运行的过程中，不燃烧任何 能源，不产生任何有害气体，清洁环保。同传统的采暖技术相比，该技术在使用 过程中安全性能较高，制冷剂泄漏的概率是微乎极微的，造成影响可能性也极小 的。经济效益高是因为运用该技术不消耗任何燃料，因
5、此没有燃料费用，同时在 系统运行过程中能源需求量极小，但是效率非常高，因此相对而言，该技术的应 用的经济效益也就很好，能源可再生是因为该系统运行过程中所涉及的能源都是 可再生的，如太阳能以及地能，均是可以再生的能源，不会对环境造成任何影响, 也可很好地保持了生态的平衡。比之其他技术，该技术的优势都是独特的。三、暖通工程设计中的地源热泵技术的应用在源热泵的三项技术中，地埋管技术得到了最为广泛的使用，其技术优势非 常明显，在暖通工程应用的过程中，既可以有效促进建筑实现采暖，提升采暖的 舒适度，还可以降低能源消耗，推动建筑节能的发展。所以，必须对地埋管技术 的加强管理，有利于暖通工程的健康发展。（一
6、）钻孔施工在实施钻孔施工的过程中，必须时刻关注与其他工程的联系，避免在施工过 程中对相连工程造成影响或者被影响，比如在进行钻孔时，建筑中的电缆工程必 须绝对关注，了解其铺设分布的状况，以免破环电缆，也要防止电缆影响钻孔施 Xo在实施钻孔时，施工面积决定钻孔的孔数，首先确定施工面积，在进行钻孔 定位，必须将每一个钻孔的位置都确定好，钻孔时，保持钻杆垂直，防止破坏别 的工程设施。（-）预组装施工在施工工程中，切实关注管道材料的选择以及进场之后材料堆放问题，管材 必须妥善安放，在相对平整的地方成箱堆放，堆放的高度必须保持在两米之内， 否则会出现挤压状况影响材料，关于HDPE管，阳光暴晒会严重影响HD
7、PE管 的质量，遮盖工作必须切实到位，这样才能有效保障地源热泵预组装质量。在现 场实施预组装的过程中，切实关注HDPE管的具体情况，尤其热熔管头的清洁 问题。如果其管径在De50以下，管材的切割工具是旋转切刀。对于管径De50 以上的管材，切割工具使用的是手工木工锯。在完成HDPE管的地面连接之后, 施工人员实施管道试压，试压合格方能进行埋管，井回填完毕，再次进行管道试 压，试压合格才可以连接水平干管；连接完毕再次试压管道，合格之后实施回填 土，等完成总管连接之后，实施系统试压。（三）下管施工在进行下管施工放的过程中，要求施工人员做到及时下管，钻孔完成之后必 须马上下管。因为钻孔内部的积压状况
8、随着下管时间的延长会越来越严重，下管 也会越来越困难。为了习惯施工效果的良好，通常情况下采用的施工方法是预制 碎导头下井施工。完成预制导头之后，需要组织试压工作，一般来说，导头直径 大小在四根HDPE管和钻孔之间，接着按照导头以及管道的重量实施下井，下 井期间防止管道发生拖拉，防止管道出现非自然完全的状况，防止管道出现角度。结束语有上文可知，现在暖通工程已经普遍使用了地源热泵技术，这三项技术中地 埋管地缘热泵技术应用尤为广泛，这极大推勤了暖通工程在国内的发展。但是在 具体的应用过程中，依然存在一些困难，因此本文详细阐述了该技术应用的优势, 进而对其技术进行了详细探究，希望能够帮助到暖通工程相关
9、工作人员日后的工 作。参考文献1石丰.暖通工程中的地源热泵技术的应用J.科技与企业，2014, 06： 1872郭成斌.暖通工程中的地源热泵技术的应用J.门窗，2014, 03： 84.3史大磊,地源热泵技术在暖通空调中的应用J.门窗，2015, 02： 77.地源热泵技术在暖通空调节能中的应用摘 要：在能源危机持续加剧及环境不断恶化的今天，我国能源发展的主题 已经转变为节能、环保。为减缓能源消耗速度，开发及利用可再生能源显得尤为 重要。作为一种利用可再生能源的空调采暖系统，地源热泵系统目前在各类建筑 物内得到了广泛应用。相比传统供热空调系统，地源热源系统的优点为高效、节能、环保、无污染、 且
10、占地面积小等。但在实际应用过程中，往往会存在大量问题，如热堆积现象等, 为解决此类问题，冷却塔复合式地源热泵系统得以利用，该系统的应用更具经济 性，且效果更佳。为此，本文在充分了解冷却塔复合式地源热泵系统原理的基础 上，对暖通空调节能中冷却塔复合式地源热泵系统的应用进行了分析与探究。关键词：地源热泵技术；暖通空调；冷却塔复合式地源热泵系统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，地源热泵系统因其良好的环保、节能特性得到了大力推广。 但在系统具体运作过程中，相比冬季由土壤内吸收热量，夏季排放到土壤内热量 过大的情况下，极易出现热堆积效应，进而增加土壤
11、温度，导致地源热泵系统换 热温差与稳定数值之间产生偏差，因土壤温度持续增加，将严重影响机组及制冷 效率，为此，如何解决热堆积问题，对地源热泵系统运行正常影响巨大。冷却塔复合式地源热泵系统的应用，能够有效结合使用地源热泵、冷却塔两 种系统形式，此方式可整寸地源热泵系统运行缺陷进行有效改善，同时，还能有效 控制地埋管用量，降低占地面积，对地埋管全面放热量、吸热量进行充分平整。 为此，冷却塔复合式地源热泵系统在暖通空调节能中得到了广泛应用。1冷却塔复合式地源热泵系统原理作为一种高效、经济，且节能环保的技术，地源热泵系统在暖通空调节能方 面得到了广泛应用。但在地源热泵系统实际使用中，因地埋管散热、吸热
12、量差异 等因素，导致土壤热平衡问题愈加凸显。一般情况下，地源热泵系统要求必须满足全年工况要求，如我国南方区域， 建筑热负荷明显在冷负荷以上，因此，地埋管散热器内夏天向土壤内排放的热量 要远远大于冬天由土壤内获取的热量，则北方区域反之。虽然土壤存有相应的自 我恢复能力，但在长期运转过程中，仍会导致土壤温度升高或下降，进而影响地 埋管换热器的换热功能，影响地源热泵节能效果的发挥，更严重地会增大能耗。 复合式地源热泵系统是指将地源热泵系统结合其他形式加热或散热系统使用的 系统形式，该方式的应用，可对地源热泵系统的运行性能进行有效改善，是地埋 管数量、占地面积减少的重要方式。目前以系统数量划分，可将冷
13、却塔复合式地源热泵系统分为两种形式，即双 系统、单系统。双系统形式的主要组成部分为冷水机组、地源热泵机组，冷水机 组散热主要由冷却塔负责，热泵机组散热、吸热则由地埋管负责。单系统形式的 主要构成部分为散热系统、地埋管系统。根据冷却塔与地埋管连接方式的不同， 可将冷却塔复合式地源热泵系统分为两种，即串联、并联式。如图1所示。以上两种形式各具特点，如串联式的特点为具有较为简单的结构、稳定的系 统，且易于控制；并联式不存在冷却塔系统、地埋管系统互相干扰现象，在热泵 机组运行内可单独用作冷源，可实现以上两个系统一起运行。在具体工程应用中, 应根据实际情况，合理选择串联或并联形式。2工程概况某建筑工程分
14、为3个区域，即I、II、III区，7652m2为其建筑总面积，其中 办公用房分别位于I、n区，楼层都为6层。基于经济性原理，为达到建筑制冷、 采暖要求，决定选用竖直埋管的冷却塔复合式地源热泵空调系统。表1、表2分 别为室内、室外设计参数。根据相关数据分析，以690kW为夏季空调的冷负荷 值；570kW为冬季空调热负荷值。根据公式(1)、公式(2)可分别计算地埋管换热器负荷中夏季排热量及冬 季吸热量，具体如下：夏季排热量Q排二QOx (1+1/EER)(1)夏季排热量Q吸=Qlx (1-1/C0P)(2)其中，空调设计冷负荷可由Q0表示；空调设计热负荷可由Q1表示。热泵机组制冷性能系数可由EER
15、表示。热泵机组制热性能系统可由COP表示。通过上式可得，81L5kW为夏季排放至土壤内的热量值，而438.4kW为冬季 吸取土壤内的热量值。3暖通空调节能中地源热泵技术的应用要点分析3.1 热响应试验为满足供暖、排热、制冷需求，需测试钻孔埋管换热性能。要求以单形 管为主，100m为其深度，32mm为管外径，细砂为回填材料。测试结果显示， 夏季排热量平均为50W/m,冬季吸热量平均为40W/m, 16.2C为岩土最初温度, 1.72W/ (m.k)为导热系数。由此可见，本地区土壤地层平均导热系数一般，为 中等水平，以细砂作为回填材料与此地地质条件相符。同时，埋管以竖直单 形管为主较为合理，且更具
16、经济性。测试环节，现场供电参数存在较大波动，除此之外还产生瞬时停电现象，这 种情况下，将严重影响循环水流量与测试结果的准确性。由于多种原因都会影响 地埋管单位孔深热交流量，为此，在地源热泵运行工况一定的情况下，应在30、 25、2、6c分别控制地埋管循环水侧夏季进水温度、出水温度及冬季进水温 度、出水温度。3.2 地埋管换热器系统(1)地埋管换热器设计一般可在建筑物周围布设室外地埋管，5mx5m为孔距，共设124个钻孔， 0.15m为孔径。同样选用单形管，0.032m为管外径，102m为钻孔深度，但 埋管有效深度只有100m。为保证地埋管换热器功能地充分发挥，要求在室外检 查井二级集水、分水器
17、上连接各个竖井的供水、回水管，根据工程建设需求，室 外检查井布设数量为8个。检查井各个集分水器需进行竖井换热器连接，数量为 1216个，并将平衡阀安设于二级集水器内，同时，将流量调节阀安设于分水 器内，通过水平干管进行二级集分水器与机房一级集分水器连接。(2)埋管形式本工程以竖直埋管为主，选取密度较高的聚乙烯PE管作为管材，钻孔一二 级集分水器PE管、二级集分水器一一级集分水器PE管承压分别为L6MPa、 l.OMPao(3)地埋管水系统形式以一次泵定流量系统为主，通过同程进行管道敷设，要求在地面下方1.5m 位置设置水平干管，为避免冬季天气寒冷出现开裂现象，必须做好保护措施，如 黄砂层等。为
18、增强防冻效果，可将乙二醇防冻液(25%)掺加到地下换热器内， 进而提高地源热泵机组运行的安全性。(4) 土壤热平衡为确保地热热泵机组运行安全、持续，地热热泵热平衡极为重要。因夏冬两 季排热、吸热量不同，系统长期运行必定会对地下岩土体热平衡造成严重影响。 通过计算可得，相比冬季吸热量，夏季排热量为其两倍左右。为满足节能的要求, 需多设置一台冷却塔加以辅助，尽可能降低岩土体内夏季的排热量。(5)回填管材下放前期，需做好压力试验工作，保证管道质量合格才能开始回填施工。 为提高地下换热器传热能力，应避免断层问题出现于回填竖井内，防止对换热器 换热性能造成不利影响。依照测试结果可见，回填细砂材料时，应适
19、量掺加一些 泥浆，待计量准确后即可进行回填施工。3.3运行情况分析设计环节因温度监测点未设置到地埋管换热器四周，后期根本不能对两季地 下岩土体平均温度等进行观测。但可通过运行监测获取相应数据进行分析，具体 如下。(1)自投入使用后，系统运行过程中，地源热泵主机还没有启动，待地源 侧循环水泵运行lh之后，即可进行地下岩土体平均温度地测量，结果为15.8, 与热响应测试结果相比，温差较小。(2)系统运作正常的情况下，11.7、8.3分别为冬季地埋管水侧出口、 进口温度，通过观测系统每日运行情况，早上8点测量出口温度在11.7C以上， 在运行时间不断增加的同时，出口温度将逐步下降，最终可达到9.8C
20、左右，由 此可见，通过观测系统运行情况，可将土壤温度变化情况进行充分反映。幺吉综上所述，相比其他技术，地源热泵系统节能环保效益更佳，且具倩良好经 济性，因此在暖通空调节能方面得到了广泛应用。本文在充分了解冷却塔复合式 地源热泵系统原理的基础上，结合具体工程情况，对暖通空调节能中冷却塔复合 式地源热泵系统的节能应用进行了分析，通过分析可见，此类地源热泵系统不仅 能够解决热堆积问题，同时更具节能效果。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樊学，梁志鸿，朱超.地源热泵技术在空调节能改造项目中
21、的应用J.绿色 建筑，2011 (3)： 21-23.3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)： 55-56.4刘青，沙峰，赵金凤，等,分阶段等温差控制法在换热站供暖系统中的应 用J,山东冶金,2011 (3)： 89-90.5李营，由世俊，张欢，等.冷却塔复合式地源热泵系统的运行策略研究J. 太阳能学报，2017 (6)： 101-102.花莉，范蕊，潘毅群，等.基于热平衡的复合式地埋管地源热泵系统运行 策略J.暖通空调，2013 (12) ： 77-78.7文昊，白莉，华亚魏，等.地源热泵系统的使用对减少大气雾霾的影响J. 车吉林建筑大学学报,2015 (3)： 120-121.