地源熱泵基礎(chǔ)知識(shí)

1、築龍鋼zhuloncom建撫瓷料下我戟崔弒無(wú)網(wǎng)地源熱泵基礎(chǔ)知識(shí)一、地源熱泵系統(tǒng)原理地源熱泵是利用地下淺層地?zé)豳Y源的低品位能源，通過(guò)熱泵技術(shù)獲取可供空 調(diào)使用的冷熱水的空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵是一個(gè)廣泛的概念，根據(jù)地?zé)岬睦梅绞剑?分為水源熱泵和土壤源熱泵。二者不同之處是：水源熱泵直接利用水作為熱源， 土壤源熱泵需要通過(guò)換熱器從土壤中獲取能量。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通常由地源熱泵機(jī)組、地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成。 地源熱泵機(jī)組與常用的水冷式冷水機(jī)組的工作原理基本相同，僅水源部分的溫度有所差別。此外，地源熱泵冷熱工況的轉(zhuǎn)換，一般是通過(guò)機(jī)組以外管道閥門(mén)的切 換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。地埋管換熱器是地源熱泵的重要組成部分

2、。 垂直地埋管方式，是在垂直鉆孔內(nèi)埋 置U型換熱管道，然后由水平管將 U型管并聯(lián)成系統(tǒng)，水從管道內(nèi)流過(guò)并與土 壤換熱。垂直地埋管方式的主要特點(diǎn)是運(yùn)行比較穩(wěn)定和可靠。還有一種是水平地埋管方式。二、地源熱泵系統(tǒng)工作原理地源熱泵技術(shù)是利用淺層常溫土壤或地下水的能量作為能源的新型熱泵技 術(shù)。該技術(shù)可以同時(shí)供暖和制冷，并且能夠提供生活熱水。利用水與地能（地下 水、土壤或地表水） 進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的 熱量 取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為 熱源”夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋 放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為冷源”地源熱泵系統(tǒng)冬季代替鍋爐從土壤中取出熱量， 以3 04 0

3、C左右的熱風(fēng)向 建筑物供暖，夏季代替普通空調(diào)向土壤排熱，以1017C左右的冷風(fēng)形式給 建筑物制冷。地源熱泵技術(shù)節(jié)能效果顯著，消耗1kW的能量，用戶(hù)可以得到4 kW以上的熱量或冷量。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種的 理想的 綠色技術(shù)”從能源角度來(lái)說(shuō)，它是一種用之不盡的可再生能源。三、地源熱泵的分類(lèi)及其各自特點(diǎn)地源熱泵在國(guó)內(nèi)也被稱(chēng)為地?zé)岜?。根?jù)利用地?zé)嵩吹姆N類(lèi)和方式不同可以分 為以下3類(lèi)：土壤源熱泵或稱(chēng)土壤耦合熱泵（GCHP）、地下水熱泵（GWHP）、 地表水熱泵（SWHP）。（一）土壤源熱泵土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，熱泵的換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行冷 熱交換。土壤源熱泵系統(tǒng)主機(jī)

4、通常采用水一水熱泵機(jī)組或水一氣熱泵機(jī)組。根據(jù) 地下熱交換器的布置形式，主要分為垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3類(lèi)。垂直埋管換熱器通常采用的是U型方式， 按其埋管深度可分為淺層（V 30m),中層(30100 m)和深層(>100m)3種。埋管深，地下巖土溫度比較穩(wěn)定，鉆孔占地面積較少，但相應(yīng)會(huì)帶來(lái)鉆孔、鉆孔設(shè)備的經(jīng)費(fèi)和高 承壓埋管的造價(jià)提高?？偟膩?lái)說(shuō)，垂直埋管換熱器熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于：(1) 占地面積?。?2) 土壤的溫度和熱特性變化?。?3) 需要的管材最少，泵耗能低；(4) 能效比很高。而劣勢(shì)主要在于：由于相應(yīng)的施工設(shè)備和施工人員的缺乏， 造價(jià)偏高。水平埋管換熱器有單管和多管2種形式。其

5、中單管水平換熱器占地面積最大， 雖然多管水平埋管換熱器占地面積有所減少， 但管長(zhǎng)應(yīng)相應(yīng)增加來(lái)補(bǔ)償相鄰管間 的熱干擾。水平埋管換熱器熱泵系統(tǒng)由于施工設(shè)備廣泛使用而且施工人員易找， 又加上許多家庭有足夠大的施工場(chǎng)地， 因此造價(jià)就可以減下來(lái)。除需要較大場(chǎng)地 外，水平埋管換熱器系統(tǒng)的劣勢(shì)還在于： 運(yùn)行性能上不穩(wěn)定(由于淺層大地的溫 度和熱特性隨著季節(jié)、降雨以及埋深而變化)；泵耗能較高；系統(tǒng)效率降低。蛇行埋管換熱器比較適用于場(chǎng)地有限又較經(jīng)濟(jì)的情況下。雖然挖掘量只有單 管水平埋管換熱器2 0%30%, 但是用管量會(huì)明顯增加。這種方式優(yōu)缺點(diǎn)類(lèi) 似于水平埋管換熱器，所以有的文獻(xiàn)將其歸入水平埋管換熱器。(二)

6、地下水熱泵系統(tǒng)在土壤源熱泵得到發(fā)展以前，歐美國(guó)家最常用的地源熱泵系統(tǒng)是地下水熱泵 系統(tǒng)。目前在民用中已經(jīng)很少使用，主要應(yīng)用在商業(yè)建筑中。最常用的系統(tǒng)形式 是采用水一水式板式換熱器，一側(cè)走地下水，一側(cè)走熱泵機(jī)組冷卻水。早期的地 下水系統(tǒng)采用的是單井系統(tǒng)，即將地下水經(jīng)過(guò)板式換熱器后直接排放。這樣做， 一則浪費(fèi)地下水資源，二則容易造成地層塌陷，引起地質(zhì)災(zāi)害。于是產(chǎn)生了雙井 系統(tǒng)，一個(gè)井抽水，一個(gè)井回灌。地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是造價(jià)要比土壤源熱泵 系統(tǒng)低，另外水井很緊湊，不占什么場(chǎng)地，技術(shù)也相對(duì)比較成熟，水井承包商也 容易找。其劣勢(shì)就在于：(1) 有些地方法規(guī)禁止抽取或回灌地下水；(2) 可供的地下水有

7、限；(3) 如水質(zhì)不好或打井不合格要注意水處理；(4) 如泵選擇過(guò)大、控制不良或水井與建筑偏遠(yuǎn)，泵耗能就會(huì)過(guò)大。(三) 地表水熱泵系統(tǒng)地表水熱泵系統(tǒng)主要有開(kāi)路和閉路系統(tǒng)。在寒冷地區(qū)，開(kāi)路系統(tǒng)并不適用， 只能采用閉路系統(tǒng)?？偟膩?lái)說(shuō)，地表水熱泵系統(tǒng)具有相對(duì)造價(jià)低廉、泵耗能低、 維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。 但是，在公共用的河中，管道或水中的其他設(shè) 備容易受到損害。另外，如果湖泊過(guò)小或過(guò)淺，湖泊的溫度會(huì)隨著室外氣候發(fā)生 較大的變化，這就會(huì)產(chǎn)生效率降低、制冷或供熱能力降低的后果。四、地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)由于地源熱泵系統(tǒng)采取了特殊的換熱方式，使它具有普通中央空調(diào)和鍋爐不 可比擬的優(yōu)點(diǎn)：（一）高效節(jié)能與鍋爐（

8、電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，土 一氣型地源熱泵系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最高 可達(dá)4.7,而鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)換為熱量 供用戶(hù)使用，因此它要比電鍋爐加熱節(jié)省 2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省 1/2 以上的能量，運(yùn)行費(fèi)用為各種采暖設(shè)備的 30%70%。由于土壤的溫度全年穩(wěn)定 在1020C之間，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.54.7，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵（家用窗 式和分體式空調(diào)、中央式風(fēng)冷熱泵）相比，要高出40%以上，其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50%60%。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得土 一 氣型地源熱泵系統(tǒng)換熱效率很高。因此在產(chǎn)生同樣熱量或冷量時(shí)，只需小功率的 壓縮

9、機(jī)就可實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到節(jié)能的目的，其耗電量?jī)H為普通中央空調(diào)與鍋爐系統(tǒng) 的 40% 60%。（二）綠色保護(hù)土一氣型地源熱泵系統(tǒng)在冬季供暖時(shí)，不需要鍋爐，無(wú)廢氣、廢渣、廢水的 排放，可大幅度地降低溫室氣體的排放，能夠保護(hù)環(huán)境，是一種理想的綠色技術(shù)。（三）分戶(hù)計(jì)費(fèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立計(jì)費(fèi)，分戶(hù)計(jì)表，方便業(yè)主對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理。（四）使用壽命長(zhǎng)家用空調(diào)設(shè)計(jì)壽命8年，燃?xì)忮仩t為10年；土一氣型地源熱泵機(jī)組為15 年，水循環(huán)和風(fēng)管系統(tǒng) 25年以上，地耦管路系統(tǒng)為 70年，它比所有各種空調(diào) 系統(tǒng)和采暖設(shè)備的壽命都要長(zhǎng)。（五）控制設(shè)備簡(jiǎn)單土一氣型地源熱泵系統(tǒng)采用將地源熱泵機(jī)組分散安裝于各處所（居室、會(huì)所、 辦公室等）的方

10、式，中央控制僅需選擇水路控制，除去了一般中央空調(diào)集中控制 所有參量的復(fù)雜環(huán)節(jié)，從而降低控制成本。在各分散安裝單元（居室、會(huì)所、辦 公室）可根據(jù)用戶(hù)要求設(shè)不同的體積很小的終端控制器，實(shí)現(xiàn)從最簡(jiǎn)單（起停、 供暖、制冷3檔）到復(fù)雜的可編程智能控制方式。（六）系統(tǒng)可靠性強(qiáng)每臺(tái)機(jī)組可獨(dú)立供冷或供熱，個(gè)別機(jī)組故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。機(jī)組的 運(yùn)行工況穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會(huì)築龍細(xì)zhulonxom建筑姿料下螢就住H龍阿衰減，更無(wú)結(jié)霜除霜之慮。（七）同時(shí)供暖制冷土一氣型地源熱泵系統(tǒng)可做到同時(shí)有的房間或區(qū)域制冷，有的房間或區(qū)域供 暖，這對(duì)大型商業(yè)建筑尤其重要。采用傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)只有使用造價(jià)極其昂貴 的四管空調(diào)系統(tǒng)才能做到，而土 一氣型地源熱泵不需增加任何設(shè)備便可做到。（八）維護(hù)費(fèi)用低廉土一氣型地源熱泵系統(tǒng)不帶有室外安裝的設(shè)備，不設(shè)冷卻塔、屋頂風(fēng)機(jī)，沒(méi) 有室外設(shè)備安裝維護(hù)費(fèi)用。壓縮機(jī)工作穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備中制冷劑壓力過(guò) 高或過(guò)低的現(xiàn)象。其維護(hù)費(fèi)用大大低于中央空調(diào)。（九）遠(yuǎn)程中央控制智能化由計(jì)科公司開(kāi)發(fā)出的遠(yuǎn)程控制智能化軟件可以利用中央計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系 統(tǒng)，能夠隨人流變化而自動(dòng)調(diào)整地?zé)岜弥评浠蚬┡?實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化，運(yùn)行費(fèi)用 最小化。還可設(shè)置顯示和打印設(shè)備，可存儲(chǔ)、分析各種采暖、制冷、維修等經(jīng)濟(jì) 及技術(shù)數(shù)據(jù)，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化。（十）應(yīng)用靈活 安