土壤源热泵经济性分析
地源热泵的工作原理及技术经济性分析
地源热泵的工作原理及技术经济性分析摘要:地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。
本文主要介绍了地源热泵国内外发展近况、特点、工作原理与分类、应用方式、技术经济性等。
关键词:地源热泵可再生能源冷凝器蒸发器一、什么是地源热泵地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。
地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地能中去。
热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量(如电能)将吸取的全部热能(即电能+吸收的热能)一起排输至高温热源。
而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态,从而达到吸收低温热源中热能的作用通常地源热泵消耗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。
与锅炉(电、燃料)供热系统相比,锅炉供热只能将90%以上的电能或70~90%的燃料内能为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省二分之一以上的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~25℃,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50~60% 。
因此,近十几年来,尤其是近五年来,地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展,中国的地源热泵市场也日趋活跃,可以预计,该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
二、地源热泵国内外发展近况地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利,欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。
三、地源热泵技术的经济分析.doc
三、地源热泵技术的经济分析（一）、地源热泵的特点1、技术性：高效节能全年土壤温度（5m以下一般是16-24 ℃）相对稳定，夏季土壤中的温度低于对应气候条件下空气温度，冬季土壤温度高于空气温度，理论上讲，降低夏季冷凝温度和冬季提高蒸发温度都可提高循环效率，达到节能的效果，土壤对地面空气温度波动有衰减和延迟，在耗电量相同的条件下，分别提高夏季供冷量或冬季的供热量，能效比EER:3.9-6,即夏季投入1KW电能可得3.9-6KW热能,性能系数COP=2.65-5即冬季投入1KW电能，可得到3.0-5KW左右的热能；并且地埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗，没有空气源热泵除霜时吹冷风感.2、技术性：性能稳定地下温度稳定：地下的平均温度基本稳定在16度到22度之间，不受室外环境空气变化温度影响—主机制冷热稳定，不会出现空气源热泵越是在需要空调的情况下越不好—如冬天温度越低越需要，这时候制热效果越差；夏天高温时候越需要制冷，制冷效果越差;夏季冷凝温度升高1℃或冬季蒸发温度下降1℃电耗约增加1-1.5%;空气源热泵标准状况：制冷：35℃DB,制热：7℃DB，6℃WB ，铜管长：5米；当室外温度0℃只有标况85%左右；-5℃：标况65%或开始采用辅助电加热；-10℃：标况50%,此时多数热泵已经停机采用辅助电加热；室外温度40℃,只有标况的85-90%.3、能耗低、初投资低、投资回报高地源热泵系统作为楼宇空调系统，其运行费用可大大降低。
用地源热泵系统供暖或制冷时，根据不同的地域、气候、资源、环境，运行费用可比传统中央空调系统降低25%-50%；可供暖、空调，还可在春夏秋采用热回收免费供生活热水做到冷暖热水三合为一；一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，减少设备初投资；地源热泵系统初投资增量回收期约2.5-8年不等。
4、可再生能源利用技术地表土壤和水体，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多。
土壤源热泵系统的应用与经济性分析
沈 阳 建 筑 大 学 学 报 （社 会 科 学 版 ）
Ｊｕ ａ ｆ ｈ ｎ ａ ｇＪａｚ ｕＵｎｖｒｉ Ｓ ｃａ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒｌ ｏ ｅ ｙ ｎ ｉｎｈ ｉｅｓｔ ｏ ｉｌ ｉｎ ｅ ｎ Ｓ ｙ（ Ｓ
Ｊｎ ａ．
２ １ ０ １
第 １ 卷第 １ ３ 期
用较 大 约 为 ６ ．％。土壤 源 热 泵 系统初 投 资 回收 期 短 ， 济 可 行 性好 。 ７９ 经 关键词 ： 土壤 源热 泵 ； 直 埋 管 ； 垂 工程 实例 ； 济分 析 经
中 图分 类 号 ： Ｕ ３ Ｔ ８ 文 献标 志码 ： Ａ
土壤 是一 个 巨大 的蓄 热体 ， 离地 表 面 以下 距 ５ｍ 土壤 温 度 基 本不 受 地 面温 度 波 动 的影 响保
沈 阳 建筑 大 学 学 报 （ 会科 学 版 ） 社
第 １ 卷 ３
为 ３ ５ｋ ５ Ｗ。空调 夏季 运行 时间 为 ６～８月 份 ； 冬 季运行 时间为 １ 月 ～次年 ３月 。该 宾馆 位 于辽 １
波动 范 围大 ； 平埋 管 系统 占地 面积 大 ， 要有 水 需 足够 的 占地面积 ； 开挖 费用 小 ， 程造价 低 。 工 （） ２ 竖直埋 管 ： 管深 ； 埋 不易 受土壤 表面 温度 波动 的影 响 ； 占地 面 积 小 ； 热 量 大 ； 程 造 价 换 工 高 。竖直 埋 管可分 为单 ｕ型 管形式 与双 ｕ 型管 形 式 。 ｕ 型管换 热量 大于单 ｕ型管 换热量 ， 双 所
摘 要 ： 绍 了土壤 源 热 泵 的 工作 原 理 ， 据 工程 周 围的 环 境 ， 质 条 件 ， 抚 顺 市 某垂 介 根 地 对 直 埋 管 式 地 源 热 泵 系统 工程 的 实例 进 行 了分 析 。并 将 垂 直 埋 管 式地 源 热 泵 空调 系统 与 燃 油锅 炉 ＋冷 水 机 组 空 调 系统进 行 了经 济 分析 比较 。 结 果表 明 ， 土壤 源 热 泵 系统 初 投 资 高
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析随着全球能源短缺的日益加剧，环保节能的理念逐渐深入人心。
地源热泵中央空调系统作为新型节能、环保的空调系统，受到了越来越多人的关注。
本文将介绍地源热泵中央空调系统的设计及经济性分析。
地源热泵中央空调系统主要由地源热泵系统和中央空调系统两部分组成。
其中地源热泵系统主要包含换热器、管路、水泵、水箱等组件，用于将地底下的稳定温度传递到室内，并将室内的热量传递到地下。
中央空调系统主要包含空气处理机组、冷凝机组、风管、空调末端等组件，用于实现冷热空气的循环、处理和输送。
1.地源热泵系统设计地源热泵系统的设计需要根据使用需求、环境因素等进行考虑。
一般来说，地源热泵系统有水源、地埋和垂直地埋三种形式。
在设计地源热泵系统时，需要根据使用场所的不同，选择不同的换热器类型和规格。
同时，水泵、水箱等附件的选购也需要根据实际需求进行。
2.中央空调系统设计中央空调系统的设计需要考虑空间布局、风量、静压等要素。
在选择空气处理机组、冷凝机组等设备时，需要根据使用场所的大小、人员密度等因素进行选购。
同时，风管的布局、制作也需要根据实际需求进行设计。
二、经济性分析地源热泵中央空调系统的建设和运行成本比传统空调系统略高，但长期来看，其经济性和环保性更优。
1.建设成本地源热泵中央空调系统的建设成本比传统空调系统略高，主要是因为需要购置地源热泵设备和地下管路等附件。
但随着技术的发展，相关设备的价格正在逐渐下降，建设成本也在逐步降低。
2.运行成本地源热泵中央空调系统的运行成本要比传统空调系统低，主要体现在以下几个方面：(1)地源热泵系统的能耗低，因为它可以利用地下的稳定温度来实现空调，不需要额外的能源供应。
(3)地源热泵中央空调系统的维护成本低，因为地源热泵系统和中央空调系统的耐用性比传统空调系统更高，维修和更换的频率也相应降低。
3.综合经济性虽然地源热泵中央空调系统的建设成本比传统空调系统略高，但随着设备价格的下降，这一差距正在逐渐缩小。
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析地源热泵中央空调系统是一种利用地下恒定温度和地热资源进行空调供暖的技术。
它通过地埋管和地源热井将地热能源转化为热能，与空调系统结合，为建筑物提供舒适的室内环境。
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析对于建筑节能和环保具有重要意义。
地源热泵中央空调系统设计需要考虑以下几个方面：一、地埋管布置及结构设计地埋管是地源热泵系统中的重要部分，它直接影响着地热能源的采集效率和空调系统的性能。
地埋管的布置需要考虑土地利用情况、地下管道的敷设方式、管道间隔、管道深度等因素。
合理的地埋管结构设计可以最大限度地利用地下恒定温度资源，提高空调系统的效能。
二、地源热泵机组选型地源热泵机组是地源热泵中央空调系统的核心部件，其选型需要考虑建筑物的热负荷、制冷量、制热量等参数。
还需要考虑机组的节能性能、可靠性和运行稳定性。
三、系统管道设计系统管道设计需要考虑管道的材质、管道布置方式、管道直径、流速等参数，以保证空调系统能够正常运行并提高系统的运行效率。
四、系统配件选型系统配件选型包括水泵、变频器、控制器、换热器等，合理选择配件可以提高系统的运行效率，降低系统的能耗。
地源热泵中央空调系统的经济性分析是非常重要的。
地源热泵中央空调系统相对于传统的空调系统具有很多优势，但是其投资成本较高，需要进行经济性分析以评估其投资回报周期和运行成本。
一、投资成本地源热泵中央空调系统的投资包括地埋管敷设成本、地源热泵机组费用、系统配件费用、管道安装费用等。
这些投资成本较高，需要进行详细的成本分析。
二、运行维护成本地源热泵中央空调系统的运行维护成本包括能耗成本、设备运行维护费用、系统维护费用等。
相对于传统的空调系统，地源热泵中央空调系统的运行维护成本较低，但是需要考虑系统的实际运行情况和维护周期。
三、节能效益四、投资回报期投资回报期是评估地源热泵中央空调系统经济性的重要指标之一。
通过对系统的投资成本、运行维护成本、节能效益等方面进行分析，可以计算出系统的投资回报期。
(工作分析)地源热泵的工作原理及技术经济性分析
（工作分析）地源热泵的工作原理及技术经济性分析地源热泵的工作原理及技术经济性分析壹、什么是地源热泵地源热泵是壹种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
地能分别于冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即于冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）壹起排输至高温热源。
而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。
请参见能流图所示。
通常地源热泵消耗1kW的能量，用户能够得到5kW之上的热量或4kW之上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。
和锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%之上的电能或70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二之上的电能，比燃料锅炉节省二分之壹之上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，壹般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，和传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60%。
因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统于北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，能够预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
二、地源热泵国内外发展近况地源热泵的历史能够追朔到1912年瑞士的壹个专利，欧洲第壹台热泵机组是于1938年间制造的。
它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60o C。
于冬季采用热泵作为采暖需要，于夏季也能用来制冷。
1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了壹个高潮。
目前，欧洲的热泵理论和技术均已高度发达，这种“壹举俩得”且且环保的设备于法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析
地源热泵中央空调系统设计及经济性分析地源热泵是一种利用地壳中的地热能源进行空调制冷和供暖的热泵系统。
它利用地下稳定的温度来进行能量转换，具有能源利用效率高、环境友好、长期稳定等优点。
在地源热泵系统中，地源热泵中央空调系统是应用最为广泛的一种形式，可以满足建筑物的制冷、供暖、热水等需求。
本文将对地源热泵中央空调系统的设计原理和经济性进行分析和探讨。
一、地源热泵中央空调系统设计原理地源热泵中央空调系统是由地热井、地热泵、供暖水泵、冷却水泵、蓄能水箱、空调末端设备等组成。
其工作原理是通过地下地热井吸收地热能源，利用地热泵将地热能源提升至室内进行制冷或供暖。
1. 地热井：地热井负责与地下地热能源进行换热，一般采用多管井或螺旋井的形式进行设计。
地热井的深度通常在50米以上，确保能够吸收到地下稳定的地热能源。
2. 地热泵：地热泵是地源热泵系统的核心部件，其内部包含蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀等。
地热泵通过循环工质的变化来完成地热能源的吸收和释放，实现制冷和供暖功能。
3. 供暖水泵和冷却水泵：供暖水泵和冷却水泵分别负责将地热泵产生的热水和冷水输送至室内末端设备，满足建筑物的供暖和制冷需求。
4. 蓄能水箱：蓄能水箱用于储存地热泵系统产生的热水或冷水，保证系统在不同负荷条件下可以提供稳定的热量和冷量。
5. 空调末端设备：空调末端设备包括室内机组、风管和末端风口，用于室内空气的循环和调节，满足建筑物的空调需求。
通过上述组成部分的协同作用，地源热泵中央空调系统可以实现建筑物的空调制冷、供暖等功能，并具有能源利用效率高、环保节能等优点。
地源热泵中央空调系统相比传统的空调系统在能源利用效率、环保节能、运行成本等方面具有明显优势。
下面从系统投资成本、运行维护成本以及长期收益等方面对地源热泵中央空调系统的经济性进行分析。
1. 系统投资成本地源热泵中央空调系统的投资成本相对于传统空调系统有所增加，主要体现在地热井的施工、地热泵设备的采购及安装、管道和末端设备的安装等方面。
长沙某高校土壤源热泵热水系统设计及经济性分析
１ 前 言 土壤 源热 泵热 水 系统 是 指 以地 下 土壤和 岩层
的优 势及广 阔的发展 前景 。 ２ 工程概 况及 设计 参数
２ ． １ 工 程 概 况
为低 位热 源 ， 通过 土 壤 源 热泵 热 水 机 组来 制 取 生
活热 水 的系统 ¨Ｊ 。按 照埋 管 形 式 的 不 同 ， 土壤 源 热 泵地下 埋 管系统 又分 为水 平式 和垂 直式 。垂 直 式 埋管 系统 因为其 占地 面积 少 ， 系统 Ｃ Ｏ Ｐ高 且 运 行 稳定 的优 势受 到业 主和设 计 师 的青 睐¨“ 。土
ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕｍｐ； ａ ｉ ｒ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｐｕ ｍｐ； ｈｏ ｔ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｍａ ｎａ ｇ ｅ ｍｅ ｎｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａｎ ｄ Ｅｃ ｏ ｎ ｏｍｙ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｓｏ ｉ ｌ Ｓｏ ｕｒ ｃ ｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｐｕｍｐ Ｈｏ ｔ Ｗ ａｔ ｅ ｒ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ａ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇｅ ｉ ｎ Ｃｈａ ｎｇ ｓ ｈａ
本项 目为湖南 长沙某 高校 学 生公寓 ６栋 宿舍
提供 生活 热水 ， 目前 系统 已全 部投 入使 用 ， 且运 行
效果 良好 。６栋公 寓 共有 学 生 约 ４ １ ０ ０人 ， 根 据 实
际情 况 ， 因地 制宜 将 ６栋 公 寓划 分 为 ３个 热 水 系 统 。系统 一共 有学 生 ２ ６ ８ ２人 ， 系统 二 有 １ １ ５ ５人 ；
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① 节能
土壤源热泵是一种利用可再生能源 、经济有效
的节能技术 。它通过换热介质和大地地表浅层 (通 常深度小于 400 m )换热 。地表浅层是一个巨大的 太阳能集热器 ,收集了 47%的太阳能 ,相当于人类 每年利用能量的 500 多倍 ,且不受地域 、资源等限 制 ,是清洁的可再生能源 [ 5 ] 。与地面上环境相比 ,
中图分类号 : TU995 文献标识码 : B 文章编号 : 1000 - 4416 (2005) 03 - 0073 - 04
Energy Sav ing and Techno2econom ic Ana lysis of Ground2source Hea t Pum p
ZHU Yan1 , YAN G L i1 , L I Zhong2ling2
第
25卷 第 3期 2005年 3月
煤 气
GA S
与热力
& HEAT
Vol. 25 No. M ar. 2005
3
土壤源热泵的节能与技经济性分析
朱 岩 1 , 杨 历 1 , 李中领 2
(1. 河北工业大学 能源与环境工程学院 , 天津 300132; 2. 上海理工大学 城建学院 , 上海 200093)
的厚度比较大 ,分布比较均匀 ; ②粘土的密度比砂质
粘土大 ,更具有代表性 ; ③考虑到其他岩层的热导率
都比较大 ,但其厚度又比较小 ,所以取值比粘土要
大 ; ④由于地下 10 m 以下为多层含水层 ,影响土壤
的热导率 ,加权以后的值大 ,可以考虑为对热导率的
修正 。
表 1 各种土质的物性参数 [4 ]
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第 3期 朱 岩 ,等 :土壤源热泵的节能与技术经济性分析 第 25卷
地面 5 m 以下土壤温度全年基本稳定且略低于年平 均气温 ,可在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较 高的蒸发温度 。所以从热力学原理上讲 ,土壤是一 种比大气环境更好的热泵系统的冷热源 。另外 ,土 壤温度较恒定的特性 ,使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 。
种土质的物性参数都不能完全查出 ,所以考虑用已
知的一种土质的物性参数代替其他土质来计算 ,同
时考虑含水层的影响 。如对 7种土质中已查出的土
质热导率进行加权处理 ,用于考虑对含水层影响的
修正 ,加权处理公式如下 :
n
n
λ
=
∑
i=1
(λiδi )
/i∑= 1δi
式中 λ———加权处理后的土壤热导率 ,W / (m·K)
摘 要 : 介绍了土壤源热泵的工作原理及其核心技术 ,对土壤物性参数进行了探讨 ,结合工 程实例从节能 、技术性及经济性三方面对土壤源热泵系统和传统空调加锅炉系统进行了比较和分 析 。土壤源热泵系统是一种性能良好 、可行的 、经济的且无污染的热泵技术 ,在冬夏季的应用是可 行的 。 关键词 : 土壤源热泵 ; 热泵 ; 节能 ; 技术性 ; 经济性 ; 可行性
土壤源热泵的历史可以追溯到 1912年瑞士的 一个专利 [ 1 ] ,而其真正意义上的商业应用也只有 10 余年的历史 。目前 ,以欧美为主要代表的土壤源热 泵的研究工作 ,已经转向了土壤源热泵与空调系统 的联合运行及商业化 、市场化中一些亟待解决的问 题 。本文对土壤源热泵的原理 、核心技术及技术经 济性进行研究 。
Tab. 1 Physical parameters of all soil p roperties
土 质
岩层 热导率 / 密度 / 比热容 / 厚度 /m (W·m- 1 ·K- 1 ) (kg·m- 3 ) (kJ·kg- 1 ·K- 1 )
砂质粘土 41. 40 1. 040
1 800
14. 654
n———土质的种类 , n = 7
λ ———第 i
i种土质的热导率 ,W / (m ·K)
δi ———第 i种土质的厚度 , m
加 权 处 理 后 的 土 壤 热 导 率 λ = 1. 743
W / (m ·K) ,代替等效岩层的热导率 ,用粘土的密度
和比热容代替等效岩层的密度和比热容 (各种土质
的物性参数见表 1) 。等效原因是 : ①考虑到粘土层
( 1. College of Energy and Environm en ta l Eng ineering, Hebei U n iversity of Technology, T ian jin 300132, Ch ina; 2. College of U rban Construction, S hangha i U n iversity of S cience and Technology, S hangha i, 200093, Ch ina)
1 原理
热泵就是通过消耗一定的高位能 ,把不能直接
使用的低位热能 (来自空气 、水 、土壤的热能以及废 热等 )经过提升后转换成有用热能 ,从而可节约一 部分高位能 (煤 、石油 、天然气的能量及电能等 )的 装置 。通常输入 1 份的高位能 ,通过热泵提升后可 得到 3～4 份的有用热能 。
土壤源热泵是热泵的一种 ,它是利用地下土壤 作为热泵低位热源的热泵系统 ,主要包括 3 套管路 系统 :室外管路系统 、工质循环系统及室内空调管路 系统 。室外管路系统是由埋于土壤中的聚乙烯塑料
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第 3期 煤 气 与 热 力 第 25卷
盘管构成 ,盘管作为换热器 。冬季时 ,从土壤中吸收 热 ,经过热泵提升后 ,将热量供给热用户 ,相当于常 规空调系统的锅炉 ,同时在土壤中储存冷量 ,以备夏 季空调用 。夏季时 ,将室内的余热经过热泵转移后 通过埋地盘管释放到土壤中 ,相当于常规空调系统 中的冷却塔 ,同时储存热量 ,以备冬季采暖用 。土壤 源热泵原理见图 1[ 2 ] :
据美国环保署 ( EPA )估计 ,设计安装良好的土 壤源热泵机组 ,平均可以节约用户 30% ～40%的供 热 、制冷空 调的 运行 费用 [ 6 ] 。高 效的 地源 热 泵 机 组 ,平均产生 3. 517 kW 的冷量仅需耗电功率 0. 88 kW ,其耗电量为普通冷水机组加锅炉集中式空调系 统的 30% ～60%。
图 1 土壤源热泵的原理 Fig. 1 Schematic diagram of ground2source heat pump
2 核心技术
与传统的空调系统设计相比 ,土壤源热泵空调 系统设计所特有的就是根据所选择的埋地换热器的 类型及布置形式设计计算埋地换热器的管长 。由土 壤源热泵的工作原理可知 ,系统运行的关键之一在 于解决土壤冬夏季吸收热量和放热的平衡性 。热量 的取用如果不平衡 ,必然造成土壤的蓄热性变差 ,因 为土壤与埋地换热器进行热交换后 ,土壤内部进行 的是不稳定传热 [ 3 ] 。因此系统的性能与土壤性能 是紧密相关的 ,对土壤性能的研究是土壤源热泵系 统成功使用的前提 ,也是进行土壤源热泵方案设计 的基础 。土壤的性能研究主要包括土壤的能量平 衡 、热工性能 、土壤中的传热 、传湿和环境对土壤热 工性能的影响等 。这里结合实例针对土壤的物性参 数进行分析研究 。
② 环境效益 土壤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 。制 冷 剂 充 灌 量 比 常 规 空 调 装 置 减 少 25% [ 7 ] ,而且制冷剂泄漏概率大为减少 。土壤源热 泵系统的运行不产生污染物 ,可以安装在居民区 、停 车场内 。土壤源热泵系统没有冷却塔和其他室外设 备 ,没有集中式空调系统集中占地问题 ,节省了占用 空间 ,为开发商带来额外利润 ,产生附加经济效益 , 并且不会破坏建筑物的外观 。 ③ 技术性 空气源热泵当室外空气温度低于 - 5 ℃时热泵 就难于正常工作 ,需要用电或其他辅助热源对空气 进行加热 ,热泵的性能系数大大降低 。此外 ,蒸发器 上结霜影响了空气侧换热器的传热 ,需要定期除霜 , 损失相当大的一部分能量 ,而较频繁的除霜也影响 了机组的制热 。机组的运行环境不仅与室外温度有 关 ,而且与室外大气的相对湿度有关 ,这大大限制了 它的使用范围 。 采用土壤源热泵 ,由于土壤的温度比室外空气 温度更接近室内的温度 ,若设计合理 ,土壤源热泵可 以比空气源热泵具有更高的效率和更好的可靠性 , 其热源温度全年较为稳定 ,一般为 10～25 ℃。而且 土壤源热泵可用于供暖 、供冷 ,还可提供生活热水 , 一套土壤源热泵系统可以替换原来的锅炉 、空调制 冷系统 ,适用于宾馆 、商场 、办公楼 、学校建筑等 ,更 适合于别墅住宅的供暖和供冷 。此外 ,土壤源热泵 机组使用寿命长 ,平均在 20 a左右 ;机组紧凑 、节省 空间 ;维护费用低 ;自动化控制程度高 ,可无人值守 。 土壤源热泵中的热源不是指地热田中的热气或热
Abstract: The working p rincip le and key technology of ground2source heat pump are introduced, the parameters of ground physics are discussed, and integrating w ith p ractical engineering examp les, the ground2source heat pump system and conventional system combining air conditioning and boiler are com2 pared and analyzed in term s of energy saving, technicality and economy. The ground2source heat pump system is a high2perform ance, feasible, econom ic and non2pollution heat pump technology, and its app li2 cation is p racticable in w inter and summ er. Key words: ground2source heat pump; heat pump; energy saving; technicality; economy; fea sib ility