地源熱泵技術(shù)綜合整理

1、 地源熱泵技術(shù)一.概念 熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱，經(jīng)過電力做功，輸出可用的高品位熱能的設(shè)備，可以把消耗的高品位電能轉(zhuǎn)換為3倍甚至3倍以上的熱能，是一種高效供能技術(shù)。熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵三類。由于熱泵是提取自然界中能量，效率高，沒有任何污染物排放，是當(dāng)今最清潔、經(jīng)濟的能源方式。在資源越來越匱乏的今天，作為人類利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M方式，熱泵技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注和重視。 "地源熱泵"的概念，最早于1912年由瑞士的專家提出，而該技術(shù)的提出始于英、美兩國。地源熱泵系統(tǒng)通常還被稱為：地?zé)釤岜孟到y(tǒng)、地能系

2、統(tǒng)、地源系統(tǒng)等，后來由美國供熱制冷空調(diào)工程師協(xié)會（ASHRAE）統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語即地源熱泵系統(tǒng)（ground-source heat pump system）。 地源熱泵(也稱地?zé)岜?是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。通常地源熱泵都是用來做為空調(diào)制冷或者采暖用的.地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),一個年度形成一個冷熱循環(huán)。二、國內(nèi)地源熱泵的發(fā)展： 我國地源熱泵經(jīng)過幾十年的

3、發(fā)展已經(jīng)具有很大的市場，生產(chǎn)地源熱泵的廠家有一百多家，國外先進地源熱泵技術(shù)也逐漸向國內(nèi)引進，無論是在規(guī)模上還是在質(zhì)量上，都在逐漸接近世界先進水平行列。同時，國內(nèi)已有多家學(xué)術(shù)機構(gòu)建立起土壤源熱泵實驗臺，主要開展對地下?lián)Q熱器和地面熱泵設(shè)備長期聯(lián)合運行的研究。 我國地源熱泵技術(shù)的建筑應(yīng)用面積已超過1.4億平方米，全國地源熱泵系統(tǒng)年銷售額超過80億元，并以20%以上的速度增長，單體地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用面積高達80萬平方米。從地源熱泵主機市場來看，2010年，我國地源熱泵主機市場規(guī)模約為25億元，同比增長31%左右，增幅為近年來最大，到2011年市場規(guī)模達到31億元，同比增長23%左右，2012年市場規(guī)模增

4、加至33億元左右。 地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于地下能源，它不向外界排放廢氣、廢水、廢渣，是一種高效節(jié)能系統(tǒng)，完全符合我國能源和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的方向。同時，作為可再生清潔能源，地?zé)崮芤鸭{入“十二五”能源規(guī)劃。國家初步計劃在未來5年，完成地源熱泵供暖(制冷)面積3.5億平方米，按每平米200-300元的投資強度，總投資金額可達700-1050億元。 我國城鄉(xiāng)既有建筑總面積為500多億平方米，城鎮(zhèn)居住建筑面積約為105億平方米，其中能達到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的僅占5%;同時，我國每年新增房屋建筑面積約20億平方米，預(yù)計到2020年底，中國新增的房屋面積將近300億平方米，建筑節(jié)能任務(wù)艱巨。地源熱泵技術(shù)作為一種

5、受國家政策支持的新型節(jié)能環(huán)?？照{(diào)采暖技術(shù)將得到快速發(fā)展，從而推動地源熱泵市場的快速發(fā)展，中國地源熱泵市場前景看好。三.地源熱泵系統(tǒng)的分類 ： 熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵三類。 地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同又可分為地表水地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)、地埋管地源熱泵系統(tǒng)。 地源熱泵系統(tǒng)按其循環(huán)形式可分為：閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)和混合循環(huán)系統(tǒng)。對于閉式循環(huán)系統(tǒng)，大部分地下?lián)Q熱器是封閉循環(huán)，所用管道為高密度聚乙烯管。管道可以通過垂直井埋入地下150200英尺深，或水平埋入地下46英尺處，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流體從地下抽取熱量，帶入建筑

6、物中，而在夏天則是將建筑物內(nèi)的熱能通過管道送入地下儲存；¨對于開式循環(huán)系統(tǒng)，其管道中的水來自湖泊、河流或者豎井之中的水源，在以與閉式循環(huán)相同的方式與建筑物交換熱量之后，水流回到原來的地方或者排放到其它的合適地點；對于混合循環(huán)系統(tǒng),地下?lián)Q熱器一般按熱負(fù)荷來計算，夏天所需的額外的冷負(fù)荷由常規(guī)的冷卻塔來提供。 1. 地埋管地源熱泵系統(tǒng)的換熱器有多種形式,如水平埋管、豎直埋管等。Ø 水平式地源熱泵： 通過水平埋置于地表面24M以下的閉合換熱系統(tǒng)，它與土壤進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑物，如別墅和小型單體樓。該系統(tǒng)初投資和施工難度相對較小，但占地面積較大。

7、6; 垂直式地源熱泵： 通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M400M深的巖土體與土壤進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物，周圍有一定的空地，如別墅和寫字樓等。該系統(tǒng)初投資較高，施工難度相對較大，但占地面積較小。2.地表水式地源熱泵系統(tǒng) 地源熱泵機組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，不需鉆井挖溝，初投資最小。但需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。3.地下水式地源熱泵系統(tǒng) 地源熱泵機組通過機組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進行冷熱交換。地

8、下水排回或通過加壓式泵注入地下水層中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。四、地源熱泵系統(tǒng)的組成 地源熱泵系統(tǒng)主要分三部分（如下圖）：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中地源熱泵機組主要有兩種形式：水水式或水空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。 五、地源熱泵系統(tǒng)的工作原理： 在自然界中，水總是由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處，實現(xiàn)水由低處向高處流動，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實質(zhì)上是一種熱

9、量提升裝置，工作時它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。熱泵原理： 熱泵機組裝置主要有：壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(zhì)(制冷劑或冷媒)不斷完成：蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量） 壓縮冷凝（放出熱量）節(jié)流再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。 地源熱泵是熱泵的一種，其工作原理是：冬季，熱泵機組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。制冷及供冷圖地源熱泵系統(tǒng)在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機組內(nèi)的壓縮機對冷媒

10、做功，使其進行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由循環(huán)水路將冷媒中所攜帶的熱量吸收，最終通過室外地能換熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量通過室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)、水源熱泵機組系統(tǒng)和室外地能換熱系統(tǒng)不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過冷媒-空氣熱交換器（風(fēng)機盤管）向房間供冷。制熱及供熱圖地源熱泵系統(tǒng)在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機組內(nèi)的壓縮機對冷媒做功，并通過四通閥將冷媒流動方向換向。由室外地能換熱系統(tǒng)吸收地下水或土壤里的熱量，通過水源熱泵機組系統(tǒng)內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒

11、循環(huán)的同時再通過冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)向室內(nèi)供暖。六、地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點：1.高效節(jié)能，穩(wěn)定可靠 地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%60%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用4050左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。 等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存

12、于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。2.無環(huán)境污染 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70以上，真正的實現(xiàn)了節(jié)能減排。 3.一機多用 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 4.維護費用低 地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。 5.使用壽命長 地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達50年。 要比普通空調(diào)高35年使用壽命。 6.節(jié)省空間 沒有冷卻塔、鍋爐房

13、和其它設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了環(huán)境外部形象。地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)的區(qū)別：穩(wěn)定:整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不受室外氣候條件的影響；舒適:室溫的分布更合理，溫差小，舒適感好。節(jié)能：比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能40%-60%；環(huán)保：沒有室外機，并且解決了城市熱島效應(yīng)，無任何污染和排放。七、地源熱泵系統(tǒng)的特點：1、地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器

14、，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。2、地源熱泵屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)。 其地源熱泵的COP值達到了4以上，也就是說消耗1KWh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。3、地源熱泵環(huán)境效益顯著。 該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。4、地源熱泵一機多用，應(yīng)用范圍廣。 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)

15、的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。5、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護費用低。 地源熱泵的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，機組緊湊、節(jié)省空間；自動控制程度高，可無人值守。由以上的特點可以看出，地源熱泵的技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。八、存在的問題 目前地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡”的問題。南方地區(qū)以供冷為主，常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱，長年運行后將導(dǎo)致土壤溫度失衡，影響周圍生態(tài)。夏熱冬冷地區(qū)的夏季供冷量往往大于冬季供熱量，多出的熱量可通過冷卻塔散去，也可通過余熱回收系統(tǒng)，用于供應(yīng)生活熱水，從一定程度上緩解土壤熱不平衡的問題。 其次，地源熱泵應(yīng)用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約；打井埋管受場地限制比較大，必須有足夠的面積用于打井和埋管；設(shè)計及運行中對全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡。九、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)水源熱泵機組GB/T19409-2003蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組工商業(yè)用和