地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析

郭延广

摘 要 通过对地埋管的地源热泵中央空调的了解与研究，在其冬、夏季运行期间，对累积取热量、地层的岩土体累积排热量的多种平衡情况和我们国家的不同地域所对应的不同的气候情况，我们提出了以下几种不同的设计计划，而且针对各种情况进行逐一讨论，从而论证了它们各自拥有的特性和其适用情况。

关键词 地埋管换热器；空调系统；地源热泵

中图分类号 TU8 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）14-0021-02

地源热泵中央空调的技术能够适应现在中国正热的节能与减排的重要国策，而且，它能在储存热量的同时妥善处理好浅层土壤里的能量。这种方法可以做到更好的供暖，而且在夏季的空调和冬季的供热方面的费用就大大降低了。因此种较好的特性，使得该种技术受到国人广泛的关注，引起国人浓厚的兴趣。众所周知，地源热泵工程拥有多种形式，相应地，在地埋管地源热泵、地表水地源热泵、地下水地源热泵等多种不同形式的地源热泵工程里，地埋管地源热泵的发展是最为迅速的，因此本文就详细论述了这一点。

我国最大的特点就是有着广阔的土地和丰富的地质资源，因此，我国各个地区的气候存在着不小的差异。所以，在地源热泵的使用方面，应该做到把不同地区区分开来，然后仔细比对不同方案的区别，准确判断出不同的气候地区应该使用的地源热泵方案。在当下地源热泵的行业中，对于严寒地区或是冬暖夏热地区采用地埋管热泵是否合理的观点一直存在着一些问题。

1 提出不同的方案，做到具体问题具体分析

地源热泵在我国国土南方与北方广大宽阔的地方的发展与改革现在已经渐渐的体现出来。小到建筑面积只有数百平方米的小型别墅，大到占地面积拥有数十万平方米的大型商业建筑，均有工程的实例出现。正是因为地埋管地源热泵拥有的特点是众多其它技术无可替代的，所以如果在同样条件下地源热泵所体现的经济效益和使用方面比其他的技术更多更好的时候，地源热泵系统应该是首先考虑的。当下的很多知名建筑工程都运用了这种技术，但是由于我国地域、气候方面有所差异所以地埋管地源热泵中央空调方面的设计就要全方面的考虑了。第一种方案：就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷却塔的组合；第二种是把普通的热泵机组换成热回收热泵机组再搭配冷却塔的组合；第三种方案是地埋管和双冷凝器热泵机组再搭配闭式冷却塔的组合；最后一种方案是地埋管加上热泵机组再搭配太阳能的组合

方式。

2 各种方案的实际原理

《地源热泵系统工程技术规范》上面有明确的要求：应提前计算好至少一年内的动态复核，在这一年时间中，地源热泵的释放与排放的热量和提取浅层土的能量应达到一个平衡的状态。

1）地埋管地源热泵系统的工作原理是将室内多余部分的热量通过地埋管排放到外界，这就使得室内有一个舒适的适宜生活的环境。因为地埋管换热和室外地面的换热之间通常是不稳定的。所以散热器是所有程序的中心。热量从散热器出发扩散向四周，向土壤中的岩石或室外的空气中散发。夏天时，地源热泵运行时排放出的热量就会向换热器周围扩散，在日积月累的情况下扩散的速度就会减慢，那么随之而来地埋管换热器的实际作用就慢慢降低了。在冬天运行时，土壤中的热量会被散热器收集起来，这也造成了换热器作用的降低。如果说每年的热量排放量与提取量有很大的差异的话，随着使用时间的增加，自然调节的能力就会大大减弱，到一定程度，地源热泵系统也就发挥不出应有的作用了。

同时，与制热相对应的，地源热泵在制冷的方面，热泵冷凝器的排热量被热泵系统传送到地埋管换热器里。也就是说建筑与热泵机同时在消耗能量，与此同时循环水泵排放到水中的热量也在其中存在；供热的时候就恰恰相反，这其中时间是决定温度变化的最直接的

因素。

2）不同的设计方案的机理是基于岩土体的热平衡状况来说的，换句话说，它的决定条件是各个地区的气候和空调房功能方面的差异和由运行方式导致的排放热量和吸收热量存在的差异。很多人都希望岩土土地不达到热平衡的状态，因为地埋管热泵的排放热量和吸收热量的差异是很明显的，首先，是不希望原有的良好生态环境遭到破坏和损毁；第二个原因就是热平衡改变情况如果很大，那么土壤内岩石和泥土的温度就会持续性的连续升高或者连续降低，这就导致整个地源热泵中央空调系统遭到很大的影响，其中最大的影响就是地埋管换热量的持续性衰减，这种现象严重影响了整个空调系统的使用。

3 列举其中几个方案的特点并分析

第一种方案的构成特性并分析其特征：第一种方案适合用在一种特定的工程应用上，这种应用的特点是建筑物全年累计排放的热量明显大于累计吸收热量。

第一种方案的构成特点。第一种方案就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷却塔的组合，这种组合适用于从全年累计排热量来看夏季大于冬季的建筑工程里，这种方案可以使系统排放的热量和系统吸收的热量达到基本平衡，可以把多余的一部分热量排放到其他不影响整个系统的地方，使其不排放进浅层土壤。使用冷却塔的原因就是如此，冷却塔可以更好的将热量排放到大气当中。以此种方法进行设计的建筑工程有很多。这个方案在实际的应用上确实可以使土壤和建筑达到基本热平衡，而且成本不高，适合投资，而且在地埋管放置的设计方面不需要很大的占地面积，已经可以说基本达到国家现在积极倡导的节能减排，降低污染的标准。

以下为黑龙江的工程实况：坐落于黑龙江省的一栋商业性性质的办公建筑，它的组成是3层商业楼和13层办公楼，整个工程的总建筑的的面积是21 274m2。黑龙江地区的制冷季节大约是2、3个月，而供热季为7个月左右。所以，该地区埋管地源热泵中央空调工程，冬季的总排量约是夏季总散热量的3倍左右。

第二种方案的构成特点。第二种方案是把普通的热泵机组换成热回收热泵机组再搭配冷却塔的组合，在整个方案的实行过程中不需要太多的生活热水，并且可以利用热回收机组吸收并储存起来的热量来对自来水进行加热，使其达到生活用水的标准。而且在实际应用上不能达到与外界的基本热平衡的情況下，可以通过增加冷却塔的方式，使冷却塔能更好的向大气排放多余的

热量。

第三种方案的构成特点。第三种方案是地埋管和双冷凝器热泵机组再搭配闭式冷却塔的组合，假设它的热泵机使用的是双冷凝机组而不是标准的冷凝机组，并配备上闭式冷却塔。那么就需要重新设计双冷凝器机组，从而使其达到应有的效果。

第四种方案的构成特点。第四种方案是地埋管加上热泵机组再搭配太阳能的组合方式。这个组合最明显的特点是在寒冷的冬季也可应用太阳能，这一方面补足了热泵机组的不足，同时，在另一个方面，夏天空调系统使用的过程中也可以把太阳能产生的热水通过合理的方式流入地埋管换热器，这可以更好地控制散热器的损耗问题。这种方案最早在天津实施并取得很好的成效，同样，我国的西北、东北等太阳能资源较为丰富的地区也可以实行这种方案，而且，其全年的日照时数可能会达到22 003 210小时。正是因为这个原因，太阳能可以成为为岩土体提供储热的方式之一。

最后，以上的方案要按照实际需要并结合各方面的因素合理的确定，不足之处还要根据实际情况加以

改良。

参考文献

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