暖通工程中水源热泵技术的具体应用

梁福生

(太原重工工程技术有限公司，山西 太原 030000)

社会经济发展阶段，能源是发展的主要动力来源之一。新时期，人类已经迈入到现代化建设行列，对能源需求量日益提升。为了让人与自然始终处于和谐发展状态，绿色清洁能源开发与应用势在必行。水源热泵技术可实现对传统暖通空调技术的取代，其环保和节能效果更加明显，能够在暖通工程中得到大面积应用。

1 水源热泵技术概述

水源热泵技术是一种以水体为热源或冷源的能源利用系统，通过充分利用地下水、湖泊或河流等水体的相对恒定温度，实现高效供暖、制冷和热水生产的系统。该技术主要包括：水源热泵机组、水泵循环系统、换热器和控制系统等组成部分。在水源热泵系统中，地下水或水体作为吸热源，通过水泵被抽到地下热泵机组中，经过换热器与制热或制冷工质进行热量交换。在冬季，地下水的温度相对较高，可以提供充足的热量，用于加热建筑物；而在夏季，地下水的温度较低，可用于制冷系统的冷却循环。通过这种方式，水源热泵系统在不同季节和气候条件下都能够实现高效的能源利用。水源热泵技术相较于传统的空气源热泵具有明显优势。由于水体的热容量大，温度变化缓慢，系统稳定性更高，能够提高能源利用效率。此外，水源热泵系统对环境影响较小，不产生废气排放，有利于降低碳排放和保护空气质量[1]。

2 水源热泵技术在暖通工程中的应用优势

2.1 经济性特点明显

相比于传统暖通空调技术，水源热泵技术应用加工期间，主要是将地下水系统作为能源来源，总的来说，该系统自身容量较大，在运行阶段，并不需要投入太多的运行维护费用，在成本规模方面，会比暖通空调低18%～54%。除了运行费用方面的优势之外，系统维护成本同样不高。从这里也能够看出，水源热泵技术在应用时具备较高的经济性。一般来说，在水源热泵技术应用后，暖通工程安装容量一般会在528kW以上，在工程井身范围处于180～540m时，系统所呈现出的整体经济效益也会更加明显。另外，经过专业人员的评估，地下水源热泵技术的投资增量税收期年限范围集中在4～10年之间。

2.2 具备良好的节能优势

地下水常见温度与地表水温度不同，冬暖夏凉的特点更加明显，这主要是由于地球表层具备隔热以及蓄热能力。因此，在应用地下水的水源热泵技术时，能够将建筑物内部热量带出，所呈现出的制热和制冷效果均十分明显[2]。

2.3 具备良好的环保特性

通过对水源热泵技术原理分析，其主要的传热介质为地下水，因此，在冬季取暖阶段，并不需要应用锅炉系统，燃料燃烧时所产生的污染物也能得到控制，为环境保护工作的开展提供更大支持。另外，在水源热泵技术帮助下，燃料消耗规模大幅下降，节能优势更为明显。夏季制冷阶段，同样不需要应用到冷却水塔，确保水资源消耗规模以及霉菌污染程度等能得到控制。

3 水源热泵技术在暖通工程中应用期间存在的问题

尽管水源热泵技术在暖通工程中得到了广泛应用并展现出高效、节能的优势，但在实际应用中仍然存在一些问题。首先，水源热泵系统的建设和维护成本相对较高，包括水井的打井费用、管道敷设及设备维护等方面，这可能制约了一些项目的推广和普及。其次，由于水源热泵系统对水体质量要求较高，水质的波动可能影响系统的稳定性和性能，因此，需要对水质进行定期监测和处理，增加了运行管理的难度。另外，在寒冷地区，水源热泵系统可能面临冻结的问题，需要采取额外的防冻措施，如往地下水循环系统中添加防冻剂。此外，系统的设计和调试对于不同地区的气候和水源特点需要进行个性化的优化，以确保系统在各种环境条件下都能够稳定高效运行[3]。

3.1 勘查分析以及设计问题

水源热泵技术在应用时面临着勘查分析以及设计上的诸多挑战。由于我国地域广阔，水文地质条件多种多样，项目所在地区的水质状况和污染物含量的异质性较大，因此，在应用前必须进行详尽的地下水勘查和调研工作。这包括对地下水的水质进行全面评估，确保其符合系统运行的要求，同时需了解地下水源周边场地的地质条件，为地源井的布置提供有利条件。然而，在实际工作中发现，一些设计者在水源热泵系统的设计过程中过于依赖个人经验，缺乏对项目所在地区适宜性和系统应用方案的充分论证。这导致了系统各项运行指标与前期规划方案之间存在较大差异，从而节能效果无法得到充分展示。因此，在水源热泵技术的设计阶段，应加强对地下水资源的深入调查，综合考虑地质、水质、水源周边环境等因素，以确保系统在特定地区的高效稳定运行，最大程度地发挥水源热泵技术的优势。

3.2 回灌技术问题

地下水源热泵技术在暖通工程中的应用需要更加重视生态系统平衡问题，特别是对地下水过度开采可能导致的地表下沉等问题。过度开采不仅危及生态环境，还可能对地表的道路和建筑物造成不安全隐患。在地下水的开采阶段，一些工作人员未能及时进行回填或未能实现100%的同层回灌，更缺乏根据项目实际情况确定具体的回灌技术，导致大量地下水资源被浪费。根据对我国水源热泵技术应用的实践调查研究结果显示，由于受悬浮物、化学沉淀物等问题的影响，地下水很难实现及时有效的回灌。这使得整个系统无法有序运行，长期下去，地下水系统可能会受到严重破坏，进而影响到周围广大群众的正常生活。因此，在水源热泵技术的应用中，必须采取有效的回灌措施，保障地下水的可持续利用，同时注重生态平衡[4]。

3.3 水质问题

在地下水源热泵系统运行阶段，地下水作为重要的热量存储介质，系统规模不足可能导致地下水的冷热量平衡问题。当系统规模扩大到一定程度时，长期冷热量转移任务可能引发更为显著的地下水冷热量失衡，最终影响周围生态系统。系统运行分析表明，回灌水与原始含水层之间存在温度差异，这导致回灌井和抽水井周围地下水温度发生变化，产生“热短路”问题，对地下水系统带来新的挑战。地下水源热泵系统对地下水的水质影响不可忽视。抽取地下水后，其与外界环境接触，改变了水体内部的含氧量，同时可能引入微生物，导致地下水受到污染。这种水质变化可能对系统运行和生态环境产生负面影响。因此，在水源热泵系统设计和运行过程中，应采取措施来监测和保护地下水质量，以确保系统的可持续稳定运行，并减小对周围生态系统的不良影响。

3.4 运行管理问题

暖通工程中应用地下水源热泵技术，为了呈现出良好的技术效果，运行管理过程的合理设定显得尤为重要。但由于部分部门的报批以及监管等制度的设定不够完善，导致地下水源热泵建设质量无法满足相关要求，甚至还会引发地下水环境污染，增加资源浪费数量。其次，在地下水源热泵系统维护过程中，应由专业人员进行，确保系统的节能环保效益得到展示。但从现实角度来说，参与该系统运行管理人员的专业度不足，部分管理者很难将系统运行中存在的问题及时解决，导致系统运行效率大幅下滑，应用效果也很难得到保障。

3.5 回灌技术应用不合理

水源热泵技术作为一项绿色节能技术，在与暖通工程结合时，不仅有助于维护生态平衡，还可以有效控制地下水的开采。然而，目前我国在水源热泵技术应用中存在回灌技术应用不合理的问题。受微生物生长、气泡堵塞等因素的影响，地下水资源很难实现全部回灌，从而对系统运行产生不利影响。这些问题不仅降低了水源热泵系统的效率，还可能导致地下水系统受到破坏，整个暖通工程建设的效益大幅下滑。应用不合理的回灌技术可能导致未能充分利用地下水资源，造成水资源浪费。同时，由于系统未能达到预期的运行效果，可能会引发更多的环境问题，如地下水位下降、生态系统失衡等。因此，在水源热泵技术的应用中，需要更加科学合理地制定回灌技术方案，克服微生物和气泡堵塞等问题，以确保系统高效、稳定地运行，同时最大程度地减小对地下水系统和周边环境的不良影响[5]。

4 暖通工程中水源热泵技术的具体应用

4.1 风机、风管的选择和布置

在执行风机、风管布置任务时，相关人员需要首先确定机组形式、机组容量以及风道设计情况等内容，并根据机外余压数值确定风管尺寸，并满足具体的防火、防结露等要求。与此同时，工作人员还需要对送风口、回风口位置的合理布置，确保送风量得到正确分配。更为重要的是，工作人员还需要根据建筑特点、建筑负荷特性等内容，选择最佳的机组容量。管理者可根据机组的具体运行情况，应用能效比更高的设备。

4.2 竖直埋管材料和深度的确定

在竖直埋管系统中，选择合适的埋管材料和确定埋管的深度是至关重要的。针对埋管材料的选择，塑料管是首选，因为其具有强大的耐腐蚀性、简单的加工过程和良好的传热性能。相比之下，金属管可能受到腐蚀的影响，并且制造和安装相对繁琐。常用的塑料管材料包括高密度聚乙烯管和铝塑管，它们能够有效降低投资成本。在竖直埋管的管径确定方面，有多种选择，如DN20、DN25、DN32等，具体选择应根据项目需求和性能要求来决定。埋管的深度需要根据具体的地质条件确定，通常在20～200m的范围内施工。深度的确定可以考虑占地面积、钻孔设备和成本等因素，以找到最经济有效的深度。如果地表土壤层较厚，降低了钻孔成本，可以考虑选择较深的竖直埋管；反之，如果土壤层较薄，可以选择浅埋形式。控制埋管之间的间距也是关键，一般保持在5m以上，确保系统的热交换效率。此外，要根据项目所在地的地质和土壤传热能力进行明确，以确保竖直埋管系统在不同地质条件下都能够稳定高效地运行。

4.3 系统节能优化策略

根据水源热泵系统运行特点，该系统所呈现出的节能优势十分明显。为此，相关人员应做好初始供水温度的优化设计，为了将该系统的实际节能效果展示出来，冷冻水供水温度调节实验以及旁通阀关闭实验开展尤为重要。具体操作包括以下几个步骤：首先，制定冷冻水供水温度调节实验，对应的供水温度范围应集中在-1～2℃之间。一旦出现供水温度超出极限值后，工作人员可借助压缩机的开启和关闭进行调节。如果气象数据具备相似性，系统在不同温度下的运行功率也能得到计算。其次，制定旁通阀关闭测试流程。相关人员可根据水源热泵系统实际运行状态，了解旁通阀开启和关闭之后，对主冷冻水中主供水温度的影响情况。如果冷冻水主供水温度处于控制范围下限，压缩机需做到自动关闭。当上述气象数据得到后，旁路阀的开启以及关闭阶段系统运行效率同样也能计算出来。当系统运行得到优化后，可将供水温度设定值处于较低状态的情况规避，另外，如果外界温度和变化趋势能够保持一致，冷冻水供水温度也会由11℃提升到12℃。由于旁通阀启闭对于循环水泵功耗会产生影响，当系统在25Hz频率下运行3h之后，工作人员可将旁通阀关闭，保证累计耗电量能够降低7kW·h左右。

4.4 在集中系统中的应用

在水源热泵技术应用阶段，集中暖通系统属于最为理想的应用场景，再加上水源热泵技术与集中系统之间的相互结合，能够为热泵装置应用提供更多保障。例如，在北方地区，供暖公司往往会集中开展供暖服务，在确保设备以及各类装置合理安装的前提下，热泵装置便能保持长期的运转状态，通过管道将热能输送给建筑物，预防间断作业、供暖关系发生变化等问题。更为重要的是，水源热泵技术应用，能够让水路、风道等设置更加合理，工作人员也可以借助于集中暖通系统分析，规避供暖偏差、不能及时供暖等不良现象。

4.5 现场预组装施工技术应用

暖通工程施工现场，相关人员应保证在U型管布设时，以预组装方式为基础。只有这样，才能帮助人们对管材变形问题进行控制，还要确保布设U型管的位置具备较高的平整度，以水平布设为主，避免在外部受压时出现明显变形。对于U型管的堆放，其主体堆放高度不能超过2m。管件存储方面，相关管理者也要做到成箱堆放。当HDPE管进入施工现场后，工作人员可利用彩布条将其覆盖，避免HDPE管在阳光直射下出现损坏。

5 结语

综上所述，随着人们环保意识的提升，暖通工程水源热泵技术应用范围得到了大幅拓宽，也正是在该项技术帮助下，能够让人们的制冷以及取暖需求更好的被满足。从目前水源热泵技术应用角度来说，所涉及到的运行方式、系统配置等均会对该技术应用效果产生影响，相关人员应通过勘察设计，让水源热泵技术效果得到发挥，降低不利问题出现的概率。