浅谈地源热泵技术在暖通空调节能领域的运用

浅谈地源热泵技术在暖通空调节能领域的运用

随着我国社会经济的不断进步、发展，人们的生活质量水平也随之提高，对暖通工程的需求量也逐渐增加，如此一来，暖通工程的应用范围也在逐渐扩大。地源热泵技术作为一种新兴的供暖方式，以其独特的优越性，在国外被广泛运用于各项工程中。本文从地源热泵技术的特点出发，并阐述了其在暖通工程中的实际运用。

标签： 地源热泵;暖通空调;节能应用

引言：

地源热泵技术是一种新兴暖通技术，与其他类型的采暖供热系统一样，该项技术应用于暖通工程中时，同样能实现建筑的室内采暖，且从采暖效果与使用性能上看，该项技术比其他供热采暖系统更具优越性。为此，暖通施工中有必要对地源热泵技术作详细分析，以便了解其性能之后再加以有效利用，实现暖通工程施工技术水平的提升。

一、地源热泵的原理及特点

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、热泵机组和室内空调末端系统。工作原理就是在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物空调末端换热介质可以是水或空气，系统的关键是大地换热器的设计和施工。地源热泵的特点有：

1、属于可再生能源利用技术

地表浅层好象一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。这种近乎无限、不受地域、资源的低焓热能，是人类可以利用的清洁可再生能源。并且地能不象太阳能受气候的影响，也不象深层地热受资源和地质结构的。另外地源热泵冬季供暖时，同时对地能蓄存冷量，以备夏用，夏季空调时，又给地能蓄存热量，以备冬用。因此说地源热泵是可再生能源利用技术。

2、高效节能和低的运行费用

由于地源温度全年相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。

3、环境效益显著，安全性高

虽然机组本身也采用制冷剂，但其充灌量比常规的空调装置减少25%左右，而且机组出厂前就充灌制冷剂并整装密封好，制冷剂泄漏的几率大大减小。机组使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗的是一次能源，其所产生的污染物和二氧化碳等气体会对周围的环境产生影响。由于采用地源热泵机组可以实现冬夏季的高效运行，大大降低了电能的消耗，节能效果显著。

二、地源热泵的分类

1、地埋管地源热泵系统

地埋管地源热泵系统是利用地下岩土体温度相对恒定的特点，将岩土体作为空调冷热源的热泵系统。地埋管换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在密闭地下埋管中的流动，实现热泵系统与岩土体之间的热量传递。冬季供热时，流体从地下吸收热量，再通过系统把热量提升到适当的温度后给建筑物供暖。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量排放到地下岩土层中。地下热交换器的布置形式主要有垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3类。

2、地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统的低温热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。最常用的系统形式是采用一侧连接地下水，一侧连接热泵机组（板式换热器）。早期的地下水系统采用单井系统，即将地下水经过板式换热器换热后直接排放。其缺点是既浪费地下水资源，又容易造成地層塌陷，甚至引起地质灾害。后来产生了双井系统，即一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵使用最多的是深为30m到300m以内的浅井，其优点是造价比土壤源热泵低、水井与水井之间很紧凑、占地面积小、技术比较成熟。缺点是可供的地下水有限、水处理要求严格、抽取的地下水全部回灌并且不能受到污染。现在更多采用的是1抽2回或2抽3-4回技术，这种技术目前沈阳等城市采用较多。

3、地表水地源热泵系统

地表水地源热泵系统的热源是江海湖泊、以及城市生活污水、工业废水等。地表水地源热泵系统主要分为闭路系统和开路系统。地表水地源热泵具有造价相对低廉、泵耗能低、维修方便以及运行费用少等优点。但这种地表水源热泵系统也受到自然条件的。在公用的河流中、管道或水中的其他设备容易受到损害。如果河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。这种技术沿海城市采用得较多。

三、地源热泵技术在建筑暖通工程中的应用

1、地埋管地源技术在暖通工程中的钻孔施工

地埋管地源技术在施工应用时要与其他工程相互配合，尤其是钻孔施工，要综合考虑到其他工程特点，避免钻孔施工对其他工程造成影响。实际施工时可采用的措施有：钻孔时注意建筑工程电缆施工，提前了解并掌握好电缆的分布路线，钻孔时避开电缆，以免出现电缆损坏问题。钻孔时，钻孔孔数要按照施工面积的多少来确定，而钻孔的位置则要根据施工地面的特点来定位。正式钻孔时要尽量保证钻机和钻杆的垂直度，防止钻机钻杆发生倾斜，钻到其他地方，破坏其他工程的质量。为了提高钻孔施工效益，要在钻孔和钻孔之间挖设一个泥浆池，目的是装载地面泥浆，防止泥浆窜流，污染施工场地，给施工带来麻烦。钻孔过程中要一边钻孔一边执行泥浆灌入，随时控制好钻孔质量，防止在钻孔过程中发生塌孔现象。

2、地埋管地源热泵技术在暖通工程中的预组装施工

预组装施工中，管材经质量检验进入施工现场后，要重视管材的堆放工作，采取合理的堆放措施保证管材质量不会受到影响。正确的管材堆放方法为：清扫出干净的地面，保持地面平整，然后将管材成箱的堆放在地面;做好管材堆放高度的控制，堆放高度尽量不要超过2米;同时，避免挤压、外力负荷对管材的影响，避免在管材堆放堆上放置其他重物;做好管材的遮盖，避免阳光、雨露等自然现象对管材质量造成影响。在进行现场预组装的时候要注意hdpe管的热熔管头的清洁度，对于管径小于或等于de50的时候，对于管材的切割采用旋转切刀，对于管径大于de50的时候采用的是手工木工锯;当hdpe管在地面连接完成以后要对管道进行试压，只有在试压合格以后才可以埋管，等井回填完以后还要对管道进行再试压，等试压合格以后再进行水平干管的连接;水平干管连接完成以后再进行试压，试压合格以后进行回填土，在总管连接完成以后在进行系统的试压。

在管道进行连接的时候可以采用热熔连接的方式，对于和金属管的连接采用法兰连接的方式，对于外径大于或等于63mm的hdpe管就可以采用热熔对接的方式。在进行hdpe管的连接时候要注意对各种附属设备的核对，避免因为附属设备的缺失对施工造成影响。

3、地埋管地源热泵技术在暖通工程中的下管施工

下管施工技术高低关系着地埋管地源热泵技术效能能否充分发挥，所以必须保证下管施工质量。在进行地源热泵技术的下管施工的时候一定要注意下管的及时性，要在钻孔完成以后立即进行下管，因为如果下管的时候越晚钻孔里面的积压越严重不利于管道的下放;为了达到良好的下管施工，一般采用的都是预制砼导头下井施工方法进行施工，在预制导头制作完成以后要进行相应的试压工作，导头的直径应该大于四根hdpe管的直径，小于钻孔的直径。然后依靠导头的重量和管道本身的重量进行下井，下井的时候不要让管道在地面拖拉，不要让管道产生不自然的弯曲，更不能让管道产生角度。要在间隔2m～4m的位置对u型管道进行固定支卡将管道之间隔开，避免热桥损失的出现，对管道造成巨大的影响，要对管与管之间的间距进行严格的设计，必须要保证管与管之间不会出现贴在一

起的现象，如果出现这种现象将会对管道造成重大的影响。当hdpe管道下井完成以后要对管道的两端进行密封，避免由于密封不够对于整个系统造成的影响。

四、应用前景建议

1、应用前景

在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的环保节能新技术。在几种主要的热泵系统中，空气源热泵的初投资最少，但效率较低，且应用条件受一定的，不符合北方冬季严寒的特点，只能在部分冬季气候温和的地区得到应用。地下水热泵和地表水热泵系统受水资源条件的制约，应用范围也受到。地源热泵适用范围广，运行费用低，节能和环保效益显著，是一种成熟的技术。应用热泵技术的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消费水平较低，对热泵空调系统的市场需求尚未形成。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，以上兩个制约因素已不复存在，市场前景很好。通过科研机构和工程技术人员的共同努力，借鉴国外的成功经验，地源热泵应用将得到较快的推广和发展。

2、对我国发展地源热泵的建议

地源热泵在我国约有十五年的工程实践，积累了一定的经验，但还需要进行大量基础性研究，包括地质学、气象学和地形学的基础勘查;为了更有效地推广该技术，还应研究制定系统标准和工作技术手册。美国与欧洲等许多国家已开发使用地源热泵许多年，他们成熟的技术经验能帮助开发我国的地源热泵市场，加快地源热泵技术在中国的运用。减少温室气体的排放，有利于全球的环境保护。因此，应加强国际间的合作，以促进地源热泵市场的开发，为改善能源结构，保护环境做出贡献。

五、结束语

地源热泵技术具有节能、高效的特性，比其他采暖供热系统更具优越性，所以在当前的建筑暖通工程施工中得到了广泛应用。在本篇文章中，笔者主要论述了三种地源热泵技术的其中一种，即地埋管地源热泵技术，详细探讨了该技术的特点以及施工方法，指出该种采暖技术应用于建筑暖通工程中时，能更快更好的实现建筑采暖，为建筑节能做出贡献，值得在以后工作中大量推广。

参考文献：

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[3]孙翌旭.浅谈暖通工程中地源热泵技术的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（22）