地源热泵技术

一、地源热泵概述

　　地源热泵是一种以土壤、地下水作为低温热源的热泵空调技术。其原理是依靠消耗少量的电力驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定（不受外界气候变化的影响）的特点，通过深埋土壤的环闭管系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天向地下吸收热量，从而实现制冷或供暖的要求。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖；夏季它向土壤、地下水或者地表水放热，达到给建筑物降温的目的。同时，它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效利用能源的方式。

二、地源热泵由来

　　“地源热泵”的概念，最早于1912年由瑞士的专家提出，而该技术的提出始于英、美两国。北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴的意义。

三、热泵工作原理

　　作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功率仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。

　　1.  制冷模式:

　　在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

　　2. 供暖模式：

　　在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

四、地缘热泵的组成

　　1. 地源热泵机组的组成

　　热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成。

　　2.  地源热泵系统组成

　　地源热泵系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统和热水系统。其中地源热泵机主要由两种形式：水-水式或水-空气式。四个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

五、地源热泵优点：

　　1、 高效节能，稳定可靠

　　地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%-60%，因此要节能和节省运行费用40%-50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

　　2、 无环境污染

　　地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排。

　　3、 一机多用

　　地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

　　4、 维护费用低

　　地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

5、 使用寿命长

　　地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达60年。要比普通空调高40多年的使用寿命。

六、地源热泵的特点

　　1、 属可再生能源利用技术

　　地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层低资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

　　2、 属经济有效的节能技术

　　地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对温度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得

热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调的运行费用。

　　3、 环境效益显著

　　地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其他节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统 ，即该装置能在工厂车间内事先正装密封好，因此，制冷剂泄露几率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

　　4、 一机多用，应用范围广

　　地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可以用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。

　　5、 地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：

　　全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失，地源有较好的蓄能作用。

七、地源热泵的分类

　　低源按照室外换热方式不同可分为三类：

　　1.地表水系统  

　　2.土壤埋盘管系统      

　　3.地下水系统

八、地源热泵地下换热器形式与埋管

　　土壤热交换器是地源泵机组设计的关键。地源热土壤换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各自有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针，充分利用可利用的土地面积。

九、地源热泵应用方式

　　地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量可分为集中系统、分散系统和混合系统。

　　1.家用系统

　　用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅等户式空调。

　　2.集中系统

　　热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房。

　　3.分散系统

　　用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。

　　4.混合系统

　　将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。

南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用低源。北方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可以减少低源的容量和尺寸，节省投资。分散系统和混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。

　　5．水环路热泵空调系统

　　水环路热泵空调系统，它由许多台水源热泵空调机组称。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起，该水管路既做空调工况下的冷源，又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。