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摘 要：新时期，现代建筑暖通空调设计中地源热泵的应用广泛，文章就地源热泵系统设计原理，应用优点等进行了简单的介绍，仅供参考。
关键词： 暖通空调； 地源热泵；应用；
中图分类号： U463 文献标识码： A
1.地源热泵系统的原理
地源热泵系统的原理主要表现在两个方面： 一方面， 在夏季高温天气状况影响下， 地埋管地源热泵机组能够将建筑物所吸收到的热能转移到地下存储, 达到对建筑物降温的目的； 另一方面，在冬季低温天气状况影响下, 地埋管地缘热泵系统又能够将地下土壤在夏季所储存的热能转移到建筑物内， 同时将建筑物内的冷量转移到地下储存，达到为建筑物供暖的目的[2]。就像自然现象一样，水往低处流，热能也是向低温的地方传导, 但是我们可以创造水泵使水往高处流， 同样我们也可以创造热泵使得热能向高温处传导, 因此热泵属于提高温度的一种新型系统。
2.地源热泵系统的特点和优势
2.1 地源热泵系统的特点
2.1.1 节能、高效
地温通常情况下为16℃左右，多少高于地区平均温度1 至2 度，让热泵不管在制冷或制热工况中都位于高效率点。当地源热泵空调系统在供给100 单位能量时，大部分的能量来自于土壤，30%的能量源于电力，用在把土壤里面的热量转移到屋内。和锅炉供热系统对比，锅炉供热仅仅把90%以上的电能转换为热量给用户应用，但是地源热泵空调系统的转换效率最大值能够达到4.7，所以它一般比电锅炉加热节约三分之二还要多的电能。
2.1.2 节省建筑空间、便于运行管理
地源热泵未设冷却塔和别的室外设备，不需要锅炉房、冷却塔和附属的煤场、渣场所的占用地，节约了大量的地皮，具有一定的经济效益，有助于改善外部环境外部。热泵机组质量稳定，没有很大的集中机组，不需要专人值守，在很大程度上降低维修和维护费用，能够实现机组单独计费，分户计量，有助于业主对系统的管理。
2.1.3 绿色、环保、无污染
对于地源热泵空调系统，冬季用不着锅炉，没有燃烧产物排放，能在一定程度上降低温室气体的排放，不但对环境具有一定的保护作用，还遵守了《全球气候公约》。在夏季也是把热量传入地下，无一切气体向大气排放，一旦获得普遍应用将能够在一定程度上减小温室效应，舒缓全球变暖的进度。
2.2 地源热泵系统的优势
2.2.1 地源热泵的社会效益
国内的能源结构一般依靠矿物燃料，尤其是煤炭。矿物燃料燃烧后生成很多的污染物，位导致温室效益的关键元素。选取地源热泵可以在一定程度上降低一般供热和空调对大气的污染，为一个利国利民工程。
2.2.2 地源热泵的经济效益
地源热泵系统能够达到对建筑物的供热与制冷的目的，还能够供生活热水，一机多用。一套系统能够代替以前的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，不用锅炉房与冷却塔，省去了建筑空间，也有助于建筑的美观。不一个地区，不一样的地质状况，不一样的能源结构和价格等均会直接干扰到其经济性。
3.暖通空调设计中的应用
虽然暖通空调设计中应用地源热泵具有很大的优势，但是地源热泵的设计往往容易受到客观环境的限制，无法适合所有的系统设计。正如：某市的城北小区建设工程, 建筑面积为 70000㎡，地下 90 米之内主要是含有砂土，由于砂土的钻孔开支较少，比较适合使用开放式地源热泵系统，而不适合采用水环地源热泵系统。上述案例可见，地源热泵在暖通空调设计中的应用是因地制宜的。
3.1 热能不足
在大地热能不足以保证冬季取暖时，系统设计要增设特制热的装置来增加热能，达到相关规定，满足热量的需求。而冬季储存的冷能也不能满足夏季制冷需求时，系统设计就得增加冷却装置。但是增加设备的同时也会增加经济负担，因此需要经过计算才能确定采用地源热泵技术是否合理。比如：某酒店建筑物的总面积大约为 20000 平方米，整改之前的装置主要由冷却设备和燃煤设备组成，这种装置较落后、工作效率较低, 跟不上现代空调设计的脚步。在 2007 年该装置应用了地源热泵，满足了把夏天的高热能储存在大地当中，以便冬天的时候使用； 另外还可以把冬天的冷能量也储存到大地当中，以便夏天的时候使用，减少空调设计的负荷，减少对城市环境的污染[3]。像这种都不满足热能和冷能的需求, 且温度差距很大时，可以考虑使用埋管的方法, 系統只需增设冷却装置即可，操作相对于方便，经济负担也降低了。
3.2 正确选择机组
机组的正确选择，就是要求机组要和地源热泵的类型适应。目前市场上的机组五花八门， 各种类型的都有，而且没有统一的规范，因此，在挑选机组时应该注意此次工程地源热泵的类型适合何种机组。比如工程应用的是开放式地源热泵空调设计方法，但是采购了水环热泵系统的机组，就会导致夏天不可以正常使用。
3.3 能效比与性能系数的选择
在暖通空调设计当中有效的应用地源热泵，对机组的能效比和性能系数有相当严格的要求。每个厂家生产的机组能效比和性能系数都有可能不一样， 因此设计者在选择时需注意。正如德国某个厂家生产的机组，在制热的性能系数一般在 4.5 到 7.2 之间, 而在制冷时小的只有 0.65 吨，大的有 30 吨，相差较大。由于厂家的测定条件不一样，得出的值也会有偏差，另外根据工程进行的情况不一样要求的值也会不一样。2.4 抽水井、回灌井的选择保证暖通空调设计的正常运行，关键是抽水井和回灌井的选择，对其要求既要保证地源热泵的正确应用，又要减少能源的浪费。根据暖通空调设计的相关规定，要求抽水井和回灌井的井深平均为 100 米，自由升降度为 7 米左右，抽水量在95m3/h 左右， 回灌水量在 48m3/h 左右，静止水位平均约为地下 32m，动水位平均约为地下 38m。
3.5 控制系统
控制系统分别为热泵机组的自动控制系统、 水池的控制系统和井群控制系统， 控制系统的各组成部分都各司其职。比如热泵机组的自动控制系统主要职责是通过自动化装置对暖通空调进行制冷制热的有效控制，减少人为的工作量；水池的控制系统主要是根据水位的高低来确定是否需要开启深井盖；井群控制系统主要是负责对此系统进行分组管理，促进控制系统发挥其作用。
3.6 地下水热泵技术
地下水热泵属于地源热泵中的一个重要分支，也是至今为止应用最广泛的地源热泵技术之一。这种热泵技术供热、制冷的实现是以地下深井水提供热源或者热汇为基础的。因为地下深井水位的位置处于地层中，其深度比较少，甚至一些深井水的水温可以常见不变，因此热泵运行的优势明显。具体而言其优点体现在以下几个方面： 第一， 水井系统由于布局凑， 因此占地面积不大，但是其抽取、回灌地下水的效果却不会受到占地面积的影响；第二，对于大地耦合热泵来说，它的地式热交换器的单位容量的成本改善的空间很小，基本就是定数， 但是对于大型的地下水热泵系统而言，它的井水系统单位容量的成本却非常低，一对流量较高的井就能够满足整个建筑空调系统的运行需求；第三，和传统的中央空调系统相比，地下水热泵循环系统只要设计合理，几乎不用维护，也就不会产生维护费用，并且如果地下水回灌到蓄水层后，实际地层含水量不会受到影响，因此对于生态、地理环境的影响也不大；第四，现在各大商业系统中很多都采用了地下水热泵系统，经过多年的实践发展，其技术已经比较成熟，钻井施工技术也比较简单。
当然，它也存在一定的不足之处，具体表现在以下几个方面：第一，空调的冷热源来自于含水层所蓄存的水，其温度必然会受到限制； 第二，如果钻井施工不好或者地下水质受到不同程度的污染，则在进行回灌井的选址时要将水文地质条件考虑进来；第三，如果热泵装置系统设计不好、水位较深，则泵的消耗费用就会大幅上升。由此可见，如果要在某个地区热泵的冷热源决定采用地下水，则不仅要进行严格的泵水试验，核查该处的地下水量是否足够, 还要对地下水的水质做进一步的检测，规划方案的制定越准确、越详细越好。
4.地源热泵的技术经济性评价
地源热泵不但可以供暖，而且还环保和节能，然而地源热泵是否具有经济性一直为一个特别重要的问题。因为牵涉到的因素非常多，不一个地区，不一个能源结构和价格等均会对地源热泵的经济性造成一定的影响，这里只经由对地源热泵和一般的供暖空调模式来比较，讨论它的经济性。地源热泵供暖经济性能够和一般的燃煤、燃油以及天然气锅炉作对比。地源热泵经济评价参数一般为：初投资、成本，及现金流量表有关经济参数。
5.结论
由于地源热泵能量的来源主要依靠大地，在此基础上减少了能源的开发和浪费， 且与传统的空调设计相比未带来环境污染，体现了我国的可持续发展战略，与环保节能的主题相适应。但是，在采用地源热泵技术时要与暖通空调的设计类型相适应，才能促进暖通空调设计中地源热泵的应用。
参考文献
[1]罗迎宾， 梁路军， 季柳金， 等.地源热泵在水产养殖恒温系统中的应用研究[J].现中国建设信息供热制冷， 2010， 19(1)； 622-623.
[2]胡滨.暖通空调设计中地源热泵的应用[J].城市建设理论研究， 2011， 19(19)； 42-45.
[3] 邵明亮. 地源热泵在建筑空调设计中的应用分析 [J]. 科技致富向导，2010， 24(30)； 619-620.
关键词： 暖通空调； 地源热泵；应用；
中图分类号： U463 文献标识码： A
1.地源热泵系统的原理
地源热泵系统的原理主要表现在两个方面： 一方面， 在夏季高温天气状况影响下， 地埋管地源热泵机组能够将建筑物所吸收到的热能转移到地下存储, 达到对建筑物降温的目的； 另一方面，在冬季低温天气状况影响下, 地埋管地缘热泵系统又能够将地下土壤在夏季所储存的热能转移到建筑物内， 同时将建筑物内的冷量转移到地下储存，达到为建筑物供暖的目的[2]。就像自然现象一样，水往低处流，热能也是向低温的地方传导, 但是我们可以创造水泵使水往高处流， 同样我们也可以创造热泵使得热能向高温处传导, 因此热泵属于提高温度的一种新型系统。
2.地源热泵系统的特点和优势
2.1 地源热泵系统的特点
2.1.1 节能、高效
地温通常情况下为16℃左右，多少高于地区平均温度1 至2 度，让热泵不管在制冷或制热工况中都位于高效率点。当地源热泵空调系统在供给100 单位能量时，大部分的能量来自于土壤，30%的能量源于电力，用在把土壤里面的热量转移到屋内。和锅炉供热系统对比，锅炉供热仅仅把90%以上的电能转换为热量给用户应用，但是地源热泵空调系统的转换效率最大值能够达到4.7，所以它一般比电锅炉加热节约三分之二还要多的电能。
2.1.2 节省建筑空间、便于运行管理
地源热泵未设冷却塔和别的室外设备，不需要锅炉房、冷却塔和附属的煤场、渣场所的占用地，节约了大量的地皮，具有一定的经济效益，有助于改善外部环境外部。热泵机组质量稳定，没有很大的集中机组，不需要专人值守，在很大程度上降低维修和维护费用，能够实现机组单独计费，分户计量，有助于业主对系统的管理。
2.1.3 绿色、环保、无污染
对于地源热泵空调系统，冬季用不着锅炉，没有燃烧产物排放，能在一定程度上降低温室气体的排放，不但对环境具有一定的保护作用，还遵守了《全球气候公约》。在夏季也是把热量传入地下，无一切气体向大气排放，一旦获得普遍应用将能够在一定程度上减小温室效应，舒缓全球变暖的进度。
2.2 地源热泵系统的优势
2.2.1 地源热泵的社会效益
国内的能源结构一般依靠矿物燃料，尤其是煤炭。矿物燃料燃烧后生成很多的污染物，位导致温室效益的关键元素。选取地源热泵可以在一定程度上降低一般供热和空调对大气的污染，为一个利国利民工程。
2.2.2 地源热泵的经济效益
地源热泵系统能够达到对建筑物的供热与制冷的目的，还能够供生活热水，一机多用。一套系统能够代替以前的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，不用锅炉房与冷却塔，省去了建筑空间，也有助于建筑的美观。不一个地区，不一样的地质状况，不一样的能源结构和价格等均会直接干扰到其经济性。
3.暖通空调设计中的应用
虽然暖通空调设计中应用地源热泵具有很大的优势，但是地源热泵的设计往往容易受到客观环境的限制，无法适合所有的系统设计。正如：某市的城北小区建设工程, 建筑面积为 70000㎡，地下 90 米之内主要是含有砂土，由于砂土的钻孔开支较少，比较适合使用开放式地源热泵系统，而不适合采用水环地源热泵系统。上述案例可见，地源热泵在暖通空调设计中的应用是因地制宜的。
3.1 热能不足
在大地热能不足以保证冬季取暖时，系统设计要增设特制热的装置来增加热能，达到相关规定，满足热量的需求。而冬季储存的冷能也不能满足夏季制冷需求时，系统设计就得增加冷却装置。但是增加设备的同时也会增加经济负担，因此需要经过计算才能确定采用地源热泵技术是否合理。比如：某酒店建筑物的总面积大约为 20000 平方米，整改之前的装置主要由冷却设备和燃煤设备组成，这种装置较落后、工作效率较低, 跟不上现代空调设计的脚步。在 2007 年该装置应用了地源热泵，满足了把夏天的高热能储存在大地当中，以便冬天的时候使用； 另外还可以把冬天的冷能量也储存到大地当中，以便夏天的时候使用，减少空调设计的负荷，减少对城市环境的污染[3]。像这种都不满足热能和冷能的需求, 且温度差距很大时，可以考虑使用埋管的方法, 系統只需增设冷却装置即可，操作相对于方便，经济负担也降低了。
3.2 正确选择机组
机组的正确选择，就是要求机组要和地源热泵的类型适应。目前市场上的机组五花八门， 各种类型的都有，而且没有统一的规范，因此，在挑选机组时应该注意此次工程地源热泵的类型适合何种机组。比如工程应用的是开放式地源热泵空调设计方法，但是采购了水环热泵系统的机组，就会导致夏天不可以正常使用。
3.3 能效比与性能系数的选择
在暖通空调设计当中有效的应用地源热泵，对机组的能效比和性能系数有相当严格的要求。每个厂家生产的机组能效比和性能系数都有可能不一样， 因此设计者在选择时需注意。正如德国某个厂家生产的机组，在制热的性能系数一般在 4.5 到 7.2 之间, 而在制冷时小的只有 0.65 吨，大的有 30 吨，相差较大。由于厂家的测定条件不一样，得出的值也会有偏差，另外根据工程进行的情况不一样要求的值也会不一样。2.4 抽水井、回灌井的选择保证暖通空调设计的正常运行，关键是抽水井和回灌井的选择，对其要求既要保证地源热泵的正确应用，又要减少能源的浪费。根据暖通空调设计的相关规定，要求抽水井和回灌井的井深平均为 100 米，自由升降度为 7 米左右，抽水量在95m3/h 左右， 回灌水量在 48m3/h 左右，静止水位平均约为地下 32m，动水位平均约为地下 38m。
3.5 控制系统
控制系统分别为热泵机组的自动控制系统、 水池的控制系统和井群控制系统， 控制系统的各组成部分都各司其职。比如热泵机组的自动控制系统主要职责是通过自动化装置对暖通空调进行制冷制热的有效控制，减少人为的工作量；水池的控制系统主要是根据水位的高低来确定是否需要开启深井盖；井群控制系统主要是负责对此系统进行分组管理，促进控制系统发挥其作用。
3.6 地下水热泵技术
地下水热泵属于地源热泵中的一个重要分支，也是至今为止应用最广泛的地源热泵技术之一。这种热泵技术供热、制冷的实现是以地下深井水提供热源或者热汇为基础的。因为地下深井水位的位置处于地层中，其深度比较少，甚至一些深井水的水温可以常见不变，因此热泵运行的优势明显。具体而言其优点体现在以下几个方面： 第一， 水井系统由于布局凑， 因此占地面积不大，但是其抽取、回灌地下水的效果却不会受到占地面积的影响；第二，对于大地耦合热泵来说，它的地式热交换器的单位容量的成本改善的空间很小，基本就是定数， 但是对于大型的地下水热泵系统而言，它的井水系统单位容量的成本却非常低，一对流量较高的井就能够满足整个建筑空调系统的运行需求；第三，和传统的中央空调系统相比，地下水热泵循环系统只要设计合理，几乎不用维护，也就不会产生维护费用，并且如果地下水回灌到蓄水层后，实际地层含水量不会受到影响，因此对于生态、地理环境的影响也不大；第四，现在各大商业系统中很多都采用了地下水热泵系统，经过多年的实践发展，其技术已经比较成熟，钻井施工技术也比较简单。
当然，它也存在一定的不足之处，具体表现在以下几个方面：第一，空调的冷热源来自于含水层所蓄存的水，其温度必然会受到限制； 第二，如果钻井施工不好或者地下水质受到不同程度的污染，则在进行回灌井的选址时要将水文地质条件考虑进来；第三，如果热泵装置系统设计不好、水位较深，则泵的消耗费用就会大幅上升。由此可见，如果要在某个地区热泵的冷热源决定采用地下水，则不仅要进行严格的泵水试验，核查该处的地下水量是否足够, 还要对地下水的水质做进一步的检测，规划方案的制定越准确、越详细越好。
4.地源热泵的技术经济性评价
地源热泵不但可以供暖，而且还环保和节能，然而地源热泵是否具有经济性一直为一个特别重要的问题。因为牵涉到的因素非常多，不一个地区，不一个能源结构和价格等均会对地源热泵的经济性造成一定的影响，这里只经由对地源热泵和一般的供暖空调模式来比较，讨论它的经济性。地源热泵供暖经济性能够和一般的燃煤、燃油以及天然气锅炉作对比。地源热泵经济评价参数一般为：初投资、成本，及现金流量表有关经济参数。
5.结论
由于地源热泵能量的来源主要依靠大地，在此基础上减少了能源的开发和浪费， 且与传统的空调设计相比未带来环境污染，体现了我国的可持续发展战略，与环保节能的主题相适应。但是，在采用地源热泵技术时要与暖通空调的设计类型相适应，才能促进暖通空调设计中地源热泵的应用。
参考文献
[1]罗迎宾， 梁路军， 季柳金， 等.地源热泵在水产养殖恒温系统中的应用研究[J].现中国建设信息供热制冷， 2010， 19(1)； 622-623.
[2]胡滨.暖通空调设计中地源热泵的应用[J].城市建设理论研究， 2011， 19(19)； 42-45.
[3] 邵明亮. 地源热泵在建筑空调设计中的应用分析 [J]. 科技致富向导，2010， 24(30)； 619-620.