

地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术,是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备.地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方.通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的.地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,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.
地源热泵的由来
地源一词是从英文“ground source”翻译而来,汉语的内涵则十分广泛,应包括所有地下资源的含义。但在空调业内,目前仅指地壳表层(小于400米)范围内的低温热资源,它的热源主要来自太阳能,极少能量来自地球内部的地热能。
"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。
1946年美国在俄勒冈州的波兰特市中心区建成第一个地源热泵系统。但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意,无论是在技术、理论上都没有太大的发展。
20世纪50年代,欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮,但由于当时的能源价格低,这种系统并不经济,因而未得到推广。直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机,它才开始受到重视,许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。这一时期,欧洲建立了很多水平埋管式土壤源热泵,主要用于冬季供暖。虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区,但是它也曾因为热泵专家不懂安装技术,安装工人又不懂热泵原理等因素,致使地源热泵的发展走了一段弯路。
随着科技的进步,关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格,地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。欧洲国家以瑞士、瑞典和奥地利等国家为代表,大力推广地源热泵供暖和制冷技术。政府采取了相应的补贴政策和保护政策,使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。上世纪80年代后期,地源热泵技术已经趋于成熟,更多的科学家致力于地下系统的研究,努力提高热吸收和热传导效率,同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势,瑞士和瑞典的年递增率超过10%。美国的地源热泵生产和推广速度很快,技术产生了飞速的发展,成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。
从地源热泵应用情况来看,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很相似,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意义。
工作原理:
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。
供暖模式
地源热泵制热模式
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。
地源热泵系统运行示意图:
地源热泵系统运行图
地源热泵优点:
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。
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。
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。
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。
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50年。
要比普通空调高35年使用寿命。
节省空间
没有冷却塔、锅炉房和其它设备,省去了锅炉房,冷却塔占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象。
地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域

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地源热泵相对于其他中央空调系统的优势
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项目
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地源热泵
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VRV空调系统
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冷水机组+ 燃油锅炉
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溴化锂冷热水机组
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优 劣 势 分 析
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初投资
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初投资高
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初投资高
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初投资相对较少
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初投资颇高
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运行费用
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可比一般的中央空调节约30-70%
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通过在不同负荷下调节室外机的输出功率及制冷剂流量来达到节能效果。
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能耗较大,尤其冬季能耗大,运行费用高。需要机组和设备两套机组,维护需要专业人员
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不需要用电,但是耗能比常规空调大30-40%,节电不节能。
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系统功能
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一机多用,一台机组就可以实现制冷、制热、制生活热水
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一套系统实现制冷和制热功能
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需要制冷和制热两套设备,才能实现制冷、制热功能
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一机三用
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维护管理
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系统采用自控系统,操作简单,维护费用低
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随着管道的加长,对管材材质、制造工艺、现场焊接等的要求也提高;渗漏等问题也增多;另外,室外机风吹日晒,维护费用高
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锅炉房需设置安全装置,需请压力容器检测站每年进行检测,否则不准使用;冷却塔需定期清洗;维护费用高
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水泵和冷却塔能耗大,机组冷量衰减快。维护和运行费用高。
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节能
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使用的是储存于地表的太阳能,只需要消耗少量的电能
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直接通过冷媒进行冷热交换,无二次载体,较节能;但室内外机铜管连接,冷量衰减严重;冬季还需自动除霜,大大增加了能耗。
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在油价持续看涨的今天,能耗越来越大,不节能;夏季,系统能耗受外界气温条件的影响
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除非有废气、废热可利用,否则并不节能。
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机房占地
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当使用水-水机组时,需要机房面积较小;使用水-空气吊装空调就不需要专门的机房
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室外机可采用壁挂或立式放置,不需机房,但严重影响建筑外观
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需要冷冻站和锅炉房;且冷却塔和储油设备也需要占地面积
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所需机房面积大,对设备及机房的要求较高
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使用寿命
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系统运行工况常年稳定,寿命较长,约15年
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系统运行受室外环境温度影响,恶劣工况运行时间较多;室外机露天放置,机组寿命较短,约为10年
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寿命较短,约为10年
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约10年
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其他
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没有室外机,不影响建筑物美观;无环境污染;需要建筑物周围有一定的空地或有湖泊、池塘、河流等水源可以利用
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主机安装高度高于室内机时,回油不畅,会致使压缩机烧毁;机组不宜设置过密,否则通风不畅;室外机集中排热,造成热岛效应;有室外机,影响建筑物外部美观;在恶劣条件下能耗相当大,甚至开不了机
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适应性强,但污染环境;运行维护复杂;锅炉房需要设置自动安全报警装置,启动时对电网的冲击很大;锅炉为压力容器,有一定的安全隐患
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节电不节能,燃油(气)造成空气污染
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特别适用的范围
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有一定的占地面积,或有湖泊、河流、池塘等水源,或地下水资源丰富的地区
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适用于对室外美观要求不高的地区,适用于建筑面积不大于4000平米的建筑。
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比较适合于北方及对环保要求不高的地区
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适用于油(气)资源极为丰富的地区或可以利用热电厂或其它废热的地区
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