地源热泵技术在暖通空调节能中的应用分析 附新建医院地源热泵系统的施工工艺及优缺点分析.docx

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1、地源热泵技术在暖通空调节能中的应用分析摘 要 随着科学设计的发展，我国的地源热泵技术有了很大进展，并在暖通 空调中得到了广泛的应用。因地源热泵技术具有节能高效、环保清洁的优势，被 广泛应用于建筑暖通工程中，通过较少高位能源能实现低温位能向高温位能转 移，一方面能起到冬暖夏凉的基本功能，另一方面利用效率较高，且对环境破坏 性较小，是目前暖通空调应用中既能实现经济效益、又能实现社会效益和生态环 保效益的技术之一。文章在分析地源热泵技术含义、基本原理和特点的基础上，对该技术在暖通 空调节能中的应用进行阐释说明。关键词地缘热泵技术;暖通空调节能;应用引言如今人们的生活水准持续提高，在建筑环境方面的要求

2、也愈发的高涨。暖通 空调作为高层建筑不可或缺的机电设备，在改善人们的居住环境时，也造成了很 大的能源浪费，我们便致力于将其他清洁能源用于替换电力持续暖通系统的运 作。地源热泵技术便是如此一种新的暖通空调技术，在节省能源、降低环境污染、 掌控碳排放上有着十分广阔的应用空间。1地源热泵系统概述地源热泵系统是从岩土体、地下水及地表水等低热源材料中获取能量，并通 过水源热泵机组、地热能交换系统及建筑内部系统的转化为暖通空调系统所需能 源的一种方式。由于能源交换方式的不同，地源热泵系统的形式也不尽相同，最 常见的有地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统这三 种山。2地源热泵技术在暖通

3、空调中应用的特点(1)可再生。首先，地源能是地热资源，是存储在土壤、地下水、河流中 的低温位热能。由于地球表层是效率较高且范围极大的太阳能集热器，所以有很 大部分的太阳能被地表吸收，这些资源是人类取之不尽用之不竭的，而且因为太 阳能应用不用受到地域和资源的限制，所以地热能也属于可再生的资源。(2)能效性。地源热泵在实际工作过程中，不需要损耗巨大的能量来维持 自身的工作，在制冷以及供热等相关工作成效方面，发挥出了不错的工作效果。 在借助地源热泵开展相关工作时，能够充分借助大地自身所具备的储存热能的能 力，能够达到相关的能量需求。制冷效果较传统的冷却塔式系统以及风冷式系统 效果往往较为占优，但在实

4、际进行供热工作时，往往需要将温度进行一定程度的 提升，确保其能够始终维持在一般情况下的环境温度数值之上，保障居民在冬季 生活的热量需求。(3)经济性。在分析地源热泵系统的经济性时，主要是从冷却角度和供热 角度分析。从冷却角度来看，地源热泵系统产生的冷却温度要明显低于传统暖通 空调冷却系统。相关的数据资料研究表明，在暖通空调中应用地源热泵系统，其 制冷以及供热费用能够降低1/3左右。从供热角度看，地源热泵系统在运行中主 要是依靠电能供应实现供热的，能源消耗相对较低，经济成本较少，具有一定的 经济优势。(4)安全性。地源热泵系统无论是在实际控制上，还是在相关的管理上， 都与计算机技术紧密相连。伴随

5、着计算机技术的不断进步与发展，该项技术在实 际使用过程中，发挥出了愈来愈优越的工作效果，具有较高的工作稳定性，并且 能够从根本上确保整个地源热泵系统自身的安全性2。3地源热泵技术在暖通空调节能中的具体应用(1)系统勘察、确定地源热泵中央空调系统。在设计阶段，应关注地源热 泵中央空调系统的合理选择，但是前提条件是先要有充足完整的建筑物功能、周 边环境与水文地质等信息，因此在决定选择何种地源热泵系统前，必须对工程施 工现场进行系统详细的勘察了解，准确掌握现场各种信息。要仔细审阅各种和建 筑物设计有关的文件资料，了解工程施工制度、内容和法律法规等，以保证后期 施工得当。(2)重视地源热泵技术的科学使

6、用，有针对性地进行暖通空调节能处理工 作。在了解暖通空调节能需求及地源热泵技术功能特性的基础上，为了使这类技 术在实践中的运用水平可逐渐提升，则需要技术人员在暖通空调节能状况改善中 重视地源热泵技术的科学使用，且需要将针对性强的暖通空调节能处理工作落实 到位，进而提升地源热泵技术的运用水平，更好地应对低碳经济时代背景下的形 势变化。(3)结合实际情况合理选择设备机组。科学技术的不断完善，使机组类型 也呈现多样化的发展趋势，不过由于市场监管不严谨，很多不合格机组流入市场, 这为地源热泵的应用及功效发挥带来了影响。基于此，设计人员在工作开展中， 需结合暖通空调系统的要求，对地源热泵所需机组实行科学

7、合理的选用，通过对 比分析方式，审核供应商，以保证机组性能及质量符合系统运行要求。同时在机 组选择上，还应注意其能效比和性能系数，以期全面发挥出地源热泵技术的作用。(4)正确选择与地源热泵类型相适应的机组。近些年，越来越多的机组开 始逐步走进市场当中，但相关的管控工作却没有及时跟进，很难对其形成较为有 效的管理。在此过程中，地源热泵对机组的能效比和性能系数等方面提出了较为 严格的要求，与此同时，不同生产者所生产制造出的机组，无论是在能效比方面 还是在性能方面，都存在着一定程度的差别，所以，这就要求相关工作人员在前 期设计工作时，一定要严格遵照相关的使用要求，选取最为科学的工作数值。(5)高层建

8、筑暖通空调设计时综合考虑各条件。在高层建筑中进行暖通空 调系统设计时，对于地源热泵技术的应用，还应该综合考虑建筑内部空调系统的 控制类型。地源侧是垂直埋管时应考虑埋管耐压，并对垂直深度进行控制，同时 控制建筑的高度，避免影响系统静压，导致其超出系统管线额定压力。对于高度 较高的建筑，一般在地源侧采用板式换热器进行高低压分区，或不进行分区而在 地层设置水地源热泵机组，系统末端设备向高层区域进行集中式供热或制冷。4结束语综上所述，社会经济的飞速发展，使得能源短缺问题也会逐渐成为急需解决 的问题。而作为一个全新的空调系统，地源热泵技术具有节能环保、高效长久的 优点，渐渐获得广泛的应用。同时技术性与时

9、效性上都有很大的提升，是目前主 要使用的环保技术。基于此，需要有关人员深入分析，提高创新力度，给人们的 使用提供更加优质的服务。参考文献1杨建强,地源热泵地埋管换热系统施工技术探究J.居业，2018( 12)： 145, 147.2刘昭亮.建筑工程中暖通空调节能技术的运用研究J.居舍，2018 (33)： 38.新建医院地源热泵系统的施工工艺及优缺点分析摘要当前在全国各地绿色医院建设的浪潮中，地源热泵系统作为一种新 型中央空调选型，逐渐在新医院建设中得到应用与推广。该研究结合新院区建设 采用的地埋管地源热泵系统，对中央空调主机的类型、地源热泵系统含义、分类 作了解析，特别是针对新医院地源热泵系

10、统室外地源换热管的钻孔、下管、回填、 连管做了详细的施工工艺描述，最后全面总结了地源热泵系统的优缺点。关键词中央空调主机；地源热泵系统；施工工艺；优点；缺点近年来，随着人们生活水平的日益提高和国家医改配套政策的执行，全国各 地市新医院建设可谓方兴未艾，如何建设好一所绿色医院成为当今医院建设的主 题。中央空调系统的能耗，一般占建筑总能耗的50%70%1,可见中央空调系 统主机运行模式的选取对大型医院运行所需的能源消耗与后期成本维护等方面 均起着至关重要的作用。1中央空调主机形式中央空调主机形式分为水冷冷水机组（包括冰蓄冷系统、地源热泵系统）， 直燃机机组形式（漠化锂）；风冷热泵冷（热）水机组；多

11、联机系统和水环热泵 系统等4种形式，当前医院主要采用第一种形式内的各种水冷机组。2绿色医院与地源热泵系统2.1绿色医院的概念绿色医院是指在医院的全寿命周期内（规划、设计、建造、运行、维护和拆 解等）对周围环境的有害影响较小，对资源的需求相对较少，但是在节省资源（比 如节地、节水、节能、节材等）的情况下并不减少医院内部使用人员（包括病人、 医务人员以及访客）的良好体验，能够达到这样的目标的医院可以称之为绿色医 院。依照我国现行绿色医院建筑评价标准（GB/T5U53-2015）,对绿色医 院进行等级划分，最高为5星级、最低为3星级。市第一人民医院西院区（以下简称新院区）规划总建筑面积16.13万m

12、2, 主要建设门急诊楼、病房楼、保健楼、餐厅、制剂楼及配套用房。该项目从设计 阶段就参照绿色三星建筑标准规范，采取了一系列节能降耗的绿色措施，例如采 用了 BIM技术（建筑信息模型）、屋面太阳能、中水处理、雨水回收、地源热泵 等系统。2.2地源热泵系统的概念1912年瑞士专家首次提出地源热泵系统的概念，1946年美国建成第一个地 源热泵系统，20世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟。地源热泵系统（ground-source heat pump system）是利用浅层地能进行供热 制冷的新型能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到 所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的

13、蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下 土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一 个冷热循环系统，实现节能减排的功能3。地源热泵系统分室外地源换热系统、 地源热泵主机系统和室内末端系统三部分。从地热能交换系统的角度，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统、地表水 地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。3地源热泵系统的施工工艺新院区采用地埋管式地源热泵系统，室外地源换热系统是指在建筑物周围竖 向打孔埋管布置地埋U型换热器。新院区共设计换热孔2000眼，每孔有效换热 深度为120 m（相对于地面高度为-3-123 m）,孔间距为4 m,孔直径为140 mm, 每6孔为一个最小回路

14、单元；施工工艺大致分为钻孔、下管、回填、连管等四个 施工环节。钻孔：首先，会审施工图纸，详细了解打孔区域是否有地下管线、桩基和构 筑物；其次，对钻孔区域进行场地平整，测量放线，定位管孔，用木桩进行标记 并编号，在附近挖泥浆池和泥浆沟；再次，钻机进场后落位安装，连接钻机电源 和水源，具备条件后进行试钻。钻机在操作过程中应注意钻机的水平和钻杆的垂 直；最后，要控制好钻孔的直径和深度，钻头的大小决定孔的直径，根据钻杆的 节数来计算钻孔深度，钻孔的直径和深度均应满足设计要求。根据现场施工经验, 一台钻机要配置3名工人，每天按工作10 h来计算的话，能完成4孔（120 m/ 孔）的工作量，施工现场应根据

15、工作面大小及工期安排，合理配置钻机的台数。下管：当钻孔达到设计深度时，要及时撤出钻杆，开始下PE管。首先，要 做好PE管（含预制双U型头）进场验收、冲洗、试压、编号工作；其次，下管 时要采用钻杆辅助，不得用力压制钻杆下管；为防止地埋管U型头在下管中受 到机械损伤，在靠近U型头部位连续安装管卡，这样即不损害PE管，也可避免 U型头直接受力；如出现下管困难时必须提管后再清孔（或扩孔）；再次，U型 管必须带压下管，下管过程中应时刻注意压力表刻度；发现泄压后必须重新试压, 确保垂直的埋管完好无损；PE管保压至灌浆后1 h；最后，将提前预制好长度（一 般比孔深多23 m）的PE管垂直埋管敷设完毕后，用管

16、帽对地面管进行封堵， 避免泥沙进入管道。回填：通过灌浆管将原浆回填（灌浆管通过管卡中间孔洞与垂直的埋管同时 插入孔中到孔底），从孔底逐渐灌至孔口（灌浆管随灌随抽，直至抽出孔外）；严 禁使用现场的混合泥浆（泥浆随意排放的混合泥浆）回填；当上翻泥浆密度与灌 浆密度一致时，灌浆完成；如采用人工回填原浆，必须多次回灌，每次回填时应 随时轻微摇动孔内PE管，确保原浆沉入底部；当原浆回填至孔口位置时，应清 除孔口周围的积水或泥浆，为其干燥收缩创造条件，并应补灌封孔。当孔内地下 水较多时，原浆回填料应掺入膨润土或粗砂。连管：在连接之前要保证现场没有多余的液体泥浆存在，多余泥浆可以外运 或者自然晾干，水平连管

17、管沟沟底应铺填细砂，水平管敷设完后，其上应再铺设 一层细砂，然后回填原土并夯实。每一次连管完成之后都应该打压一次，保证系 统的密闭性。每6孔为一个最小组合单元连接到13通，13通汇集在二级分、集 水器上（设置在室外检查井），最后通过主管连接到一级分、集水器上（设置在 空调主机机房），一级集水器通过循环水泵与6台螺杆式地源热泵冷热水机组相 连进行冷热交换。从换热孔到二级分、集水器采用聚乙烯塑料管连通，该管（不 保温）采取直埋的方式；二级分、集水器到一级分、集水器室内部分采用无缝钢 管（保温）连接。为保证二级系统水力基本平衡，一级分、集水器的各支路设置 静态水力平衡阀；为弥补空调水损耗，还需设置定

18、压补水装置。止匕外，所有的钻孔位置及其水平连管均在建筑物轮廓线的3 m以外，以防影 响建筑物安全。4地源热泵系统的优点4.1绿色环保、高效节能地源热泵系统不直接消耗不可再生资源（煤、燃油或天然气等），没有任 何排放污染；地源热泵将室内的热量转移到地下土壤中存放，从源头上根除了空调系统 对城市热岛的效应；该系统的COP （制热量/制冷量和所消耗的电功率之间的比值）值最高达 到4以上，高效的一次能源利用率，是地源热泵系统环保效果的最直接体现；地源热泵利用了地球表面浅层地热资源(通常不大于400 m深)，属于可 再生能源利用技术。4.2维护费用低、使用寿命长地源热泵系统运动部件要比常规系统少，维护设

19、备少，设备都在机房和检 查井内，也方便维护；省去了冷却塔、锅炉房、室外机组和其他配套设备，节约了屋面空间，避 免了不必要的初次投资和后期维护更换支出费用，同时也改善了院区特别是屋面 的外部形象；地源热泵的地下埋管为聚乙烯管(PE管)，而且深埋地下，很少受外力作 用，寿命可达50年。5地源热泵系统的缺点地源热泵系统也不是完美无瑕的，也有其缺点。土壤热不平衡的问题，中国南部以供冷为主，常年向地下注入热量；而北 方地区冬季供暖需求大，从土壤中大量吸热，长此以往将导致土壤温度失衡，系 统效率降低，影响周围生态；打孔埋管必须有足够的空间；设计及运行中对全年冷热平衡有较大要求，要做到夏季往地下排放的热量

20、与冬季从地下取用的热量大体平衡，长期使用效果会变差；室外打孔往往在新医院建设初期，后期院区管网、绿化等配套工程施工时 容易对原来预埋管和检查井造成破坏，施工阶段不容易被发现，往往院区道路、 铺装或绿化完工后才发现，维修不方便而且增加了维修成本；室外打孔会产生大量泥浆，在院区内不好堆放，外运又会给市政道路产生一 定的污染隐患。6结语地源热泵系统作为一种环保节能的新型中央空调系统，总体来看，其优点远 远大于缺点，在新建绿色医院中逐渐得到应用与推广。建设单位如想采用该系统 作为主要空调冷热源的话，在新院建设初期一定要做好该系统的前期论证工作， 并不是所有的医院都适合该系统。不同地区的能源政策、能源价

21、格对其影响；一次性投资及运行费用不同地区也不同；建设单位必须提前对拟打孔的地下土壤、水文等地质条件进行判断，通过 打实验井采集实验数据、模拟分析、科学计算等一系列论证工作后得出答案。参考文献1徐鹏程，顾平道.谈国内外建筑节能研究现状J,山西建筑，2015 (22)： 184-185.2林花.从暖通空调谈绿色医院建筑的创建J.中国医院建筑与装备，2016 (4)： 94-97.3赵风丽.地源热泵技术发展现状的研究J.中国住宅设施.2017 (1 )： 127-128.4康磊,地源热泵与空气源热泵的对比浅析J.环境与可持续发展，2017 (3)： 565贾永英.严寒地区太阳能-地源热泵联合系统的研究J.建筑节能，2017 (1)： 77-78.