谈地源热泵系统在暖通空调中的应用

谈地源热泵系统在暖通空调中的应用

【摘要】经济发展促进了城市化的发展，建设能源消耗问题与能源缺乏的矛盾日益严重。在这种情况下，如何对浅层地热能源加以开发，结合热泵技术对供热、供暖、制冷等问题加以处理，既是我国深刻践行能源优化整合的必然选择，同时也是当前该行业相关工作人员最亟待解决的问题之一。本文从地源热泵技术特点、原理入手，对其在暖通空调中的应用展开初步探讨，仅供参考。

【关键词】地源热泵系统；暖通空调；应用

一、概述

热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出可用的应用高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍以上的热能，是一种高效供能技术。热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。就地源热泵（也称地热泵）而言，它是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术。由于地源热泵是提取自然界中能量，效率高，没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用低温热能的最先进方式，地源热泵技术已经在全世界范围内受到广泛关注和重视。

二、地源热泵技术特点

地源热泵是利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能和地热能，并采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统，主要特点有：

1、地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于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。地表浅层地热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、地热能而蕴藏的低温位热能。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、地源热泵属经济有效的节能技术。其地源热泵的cop值达到了4以上，也就是说消耗1kwh的能量，用户可得到4kwh以上的热量或冷量。

3、地源热泵环境效益显著。其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、地源热泵一机多用，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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。同时，地源热泵空调系统维护费用低。地源热泵的机械运动部件

三、地源热泵的分类及工作原理

地源热泵工作原理是：冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。

1、地源热泵制冷原理：地源热泵系统在制冷状态下，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。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管），以13℃以下的冷风的形式为房供冷。

2、地源热泵制热原理：地源热泵系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，通过水源热泵机组系统内冷媒的蒸发，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冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气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，以室内采暖空调末端系统向室内供暖。

四、地源热泵系统在暖通空调中的应用分析

地源热泵技术可减少温室气体的排放和大大的节约能源。地源热

泵可以直接提供生产、生活热水和用于采暖，也可以与电节能热泵和直接加热设备锅炉等联合使用，对减少一次能源用量、环保等都大有好处。地源热泵空调系统主要包括建筑物内的水环路空调系统和地源热泵空调系统的地下部分，根据地源热泵所采用热源热汇的形式不同，可将其大致分为大地耦合式热泵、地下水热泵和地表水热泵三种。

1、地下耦合热泵系统：最早应用在89年10月投入运行的上海闵行开发区办公楼（4305m2，冷负荷4532kw，热负荷231kw），其技术和设备均由美国提供，使用情况良好。大地耦合热泵是以地表浅层的土壤作为热源或热汇。与传统的空气热泵相比，这种热泵在实际应用中表现出相当多的优势：一是相对于地表的空气和水来说，一定深度地下土壤的温度全年波动较小，加上土壤对地表空气温度的波动具有延迟和衰减，因此在大多数情况下，比空气更适合作为热泵装置的热源和热汇，且能保证系统以较高的效率运行；二是土壤作为热源和热汇，可以全部或部分的取代传统空调系统中的冷却塔和锅炉，以减少对环境的“热污染”和空气污染；三是与空气热泵相比，大地耦合热泵不存在除霜问题，且回收土壤的热量不需要风机，可以使系统的噪声等级下降；四是土壤本身是个巨大的蓄热蓄冷体，因此大地耦合热泵可以和太阳能集热装置结合起来，通过土壤的蓄、放热获得更好的供热、制冷效果。

2、地表水热泵：它是利用地表的河流、湖泊、小溪、池塘等水作为热源和热汇对建筑进行空调的热泵技术。与常年温度几乎保持

不变的地下水相比，地表水温的变化剧烈，因此在外界温度很低的严冬季节，为了保证供暖所需的热量，除热泵外，往往还要安装第二套热发生装置，即双联热泵采暖系统。

3、地下水热泵：地下水热泵是地源热泵的一个分支，也是迄今为止使用得最广泛的一种地源热泵技术。这种热泵是以地下深井水作为热源或热汇来对建筑进行供热或制冷的。由于地下深井水位于较深的地层中，因隔热和蓄热作用，其水温随季节气温的变化较小，特别是深井水的水温常年不变，对热泵运行非常有利，地下水热泵在整个水井系统占地面积小，布局紧凑，但却可以抽取及回灌大量的地下水。同时，其造价低，技术成熟，施工简单，因此被广泛应用。

结束语：

总之，在我国地源热泵技术性能稳定、节约能源、清洁安全等一系列优点已经标识出该技术比较成熟，在这种情况下，还需要继续研究，将地源热泵技术不断发展完善，为当下社会提倡节能环保发挥最大的效益。

参考文献

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保.2001（2）

[3]寿青云.高效节能的空调—地源热泵[j].节能.2001（1）