地源热泵技术在暖通空调节能中的应用

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1、地源热泵技术在暖通空调节能中的应用　　摘要：文章研究了地源热泵技术在暖通空调节能中的应用，对地源热泵技术的发展概况进行了分析，并对地源热泵-辅助冷却塔暖通空调系统的设计建设方案进行了讨论，认为地源热泵技术应用于暖通空调系统，能够大幅度减少暖通空调系统能耗，全面提高暖通空调系统的节能性能。　　关键词：地源热泵技术；暖通空调；空调节能；空调系统；高层建筑；机电设备文献标识码：A　　中图分类号：TU83文章编号：1009-237414-0081-02DOI：//　　人们的生活水平不断提高，对建筑环境的要求也越来越高。暖通空调作为高层建筑必不可少的机电

2、设备，在给人们营造了舒适的居住环境的同时，也造成了很大的能源浪费，于是人们开始研究使用其他清洁能源代替电力维持暖通系统运转。地源热泵技术就是这样一种新型的暖通空调技术，在节约能源、减少环境污染、控制碳排放方面有着广阔的发展空间。　　地源　　地源有着十分丰富的汉语内涵，包括了所有地下资源。但是现阶段，在暖通空调行业中，地源主要是指地壳以下400m以内范围的低温热资源，大部分热量来自太阳，少部分来自地热。地表水体、土体均是大规模的太阳能集热器，太阳辐射能量的47%都被地表吸收，该能量规模远远超过人类活动能耗，是接近无限的清洁可再生能源。地源热泵技术

3、的基本思路就是通过少量高品位能源，将浅层热能转移为高位热能，在冬天供暖、夏天制冷。　　地源热泵技术的发展　　20世纪中叶，能源与环境问题逐渐为人们所关注，关于地源热泵的研究就已经开始，在20世纪70年代之后，石油危机促进了地源热泵技术的发展，美国截至1985年，就已经发展出1万台左右的地源热泵，1998年则增加到5万套地源热泵系统，在空调总保有量中，地源热泵占据了19%的份额。欧洲发达国家如瑞士、奥地利、德国均使用地埋管地源热泵为室内地板供暖，并提供生活热水，瑞士地源热泵的使用比例高达96%。近些年，能源危机加剧，掀起了世界范围内的地源热泵研究

4、热潮，地源热泵装机量空前增加。　　我国从20世纪80年代开始关注地源热泵，一些高等院校开始了关于地热供暖的理论与实验研究，建立了一系列试验台，在螺旋盘管地源热泵供暖与过渡季制冷方面取得了一定的研究成果。1989年，青岛建筑工程学院和瑞典皇家工学院建立了第一个关于水平埋管的地埋管地源热泵实验室，至XX年，重庆大学的50mU型管地下换热器经过冬夏运行性能测试，认为该地源热泵已经具有工业级应用价值。　　混合式地埋管地源热泵　　随着关于地源热泵研究的逐渐深入，研究人员逐渐发现，土壤热平衡问题成为了地埋管地源热泵性能主要的影响因素。不同地区有着不同的光照

5、条件和气候条件，如果不能有效解决土壤热平衡问题，将导致地埋管地源热泵运行效率低下，甚至反而导致耗能增加。例如我国北方地区，如果采用冬夏兼用地埋管地源热泵，北方天气寒冷，冬季长期低温，那么就会出现冬季提取地层热量超过夏季地层吸收热量的情况，而南方却与之相反，在地源热泵的长期运转过程中，土壤平均温度会发生变化，导致地源热泵的热交换效率持续下降，甚至完全瘫痪。因此研究人员开始研究如何因地制宜地在应用地源热量的同时保持土壤热平衡，其中混合式地埋管地源热泵技术在维持土壤热平衡方面表现较好。混合地埋管地源热泵通过地源热泵和其他加热与散热技术的联用，消除过分

6、依赖地源热泵对土壤温度的影响。与此同时，混合型地源热泵在冬夏分明地区可根据冷热负荷实际情况，考虑辅助设备负荷，适当减小预埋管长度，进一步减小对土壤温度的影响，转变了单一地埋管地源热泵依靠冷负荷设计的基本原则，降低了地埋管地源热泵的建设成本。　　地源热泵暖通空调主要形式　　根据热量来源不同，地源热泵暖通系统可分为土壤源、地下水源、地表水源三类。埋管式土壤源热泵系将使用水作为工作介质，在土壤内部换热管道与热泵机组之间循环流动，完成机组与土壤之间的热交换，根据埋管形式不同，可分为水平和垂直两类，这也是应用最为广泛的地源热泵形式，无需抽取地下水。地下水

7、源热泵以地下水作为热量来源，抽出地下水之后将水送到换热器和热泵机组，提取或者释放热量之后再送回地下，该方案的使用需要征得地方政府的许可，同时地下要具有充足的水量，回灌工作是该方案的重点。地表水源热泵使用地表水作为冷热源，抽取江河湖海水，形成开式循环或者闭式循环。开式循环直接抽取地表水进行热交换，闭式循环则使用水盘管热交换器和地表水进行热交换。根据地源侧水应用方式不同，地源热泵还可以划分为闭环与开环两类，其中闭环换热器内的工作介质不和外部水或者土壤相连通，工作介质在封闭的循环系统内与外部环境完成热交换，在热泵机组和地下埋管之间循环。开环系统则直接

8、抽取外部水作为工作介质，一般都应用板式换热器完成和外部水之间的热量交换，保护内部热交换器。　　空调方案　　地埋管换热器。为了提高暖通空调方案的经济性，