论地源热泵在暖通空调设计中的应用

论地源热泵在暖通空调设计中的应用

作者：刘杰

来源：《城市建设理论研究》2013年第17期

摘要：本文主要介绍地源热泵在暖通空调中的设计系统，从其的分类到使用的成本等综合展开研讨。

关键词：地源热泵暖通空调设计应用

中图分类号：TB657文献标识码： A 文章编号：

一引言

首先介绍下什么是地源热泵。其就是利用了浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，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系统，实现节能减排的功能。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。他是我国提倡的一种节能环保产品，当然随着我国能源紧缺与环境问题的加重，利用其技术解决供暖、制冷将会成为我国的一种趋势，而且近些年来全世界每年都以百分之20的速度在增长。其原因不仅是因为他的环保，更是因为他和常规的供暖技术产品相比，更节省了50%到60%，是节能的开发方向。上面也介绍了其原理，他可以利用地源、水源、空气源中提取能量，能源的可取性，又是他的另一大特色。下面就其使用分类和节能型进行论述：

二国内外对比

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。据1999年统计，在家庭应用的供暖设备中，地源热泵所占的比例：瑞士96％、奥地利38％、丹麦27％，在我国由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响，地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢，人们对之尚不十分了解，推广较困难，然而随着人们生活水平的提高，人均能耗的增长，一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化，地源热泵技术已越来越引起人们的重视。在目前节能和环保的潮流下，该技术以其特有的节能性和稳定性受到行业的瞩目，国内许多院校、科研所作了大量的应

用研究。国家建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐。早在很多年前，在国家政府所属的建筑中就有使用地源热泵的，最有代表性的就是毛主席纪念堂。

三：与其他采暖空调系统的优势对比

地源热泵系统供暖季能耗折合为煤耗为9．21 kg／m ·季，与其它采暖方式相比能耗最低。与城市热网采暖相比每平方米每季少耗煤l2．52 kg／m ·季，节能58％，每平方米每季少排二氧化硫326 g／m ·季、氮氧化物121．7 g／m ·季、烟尘34．8 g／m ·季；与蓄热式电锅炉相比每平方米每季少耗煤47．89 kg／m ·季，节能83．9％；与电热膜相比每平方米每季少耗煤45．02 kg／mz·季，节能83％；与壁挂式燃气炉相比每平方米每季少耗煤11．61kg／

m ·季，节能55．8％，每平方米每季少排氮氧化物43．4g／m。·季、烟尘2．95 g／m ·季；与直燃机相比每平方米每季少耗煤10．38 k／m ·季，节能53％，每平方米每季少排氮氧化物40．8 g／m。·季、烟尘2．8 g／m。·季(如表1 o 与其他空调系统总能耗统计表地源热泵系统年能耗折合标煤为l2．36 kg／m ·年。与城市热网+冷水机组相比少耗煤16．41 kg／m ·年，节能57％；与蓄热式电锅炉+冷水机组相比少耗煤51．78kg／m ·年，节能80．7％；与电热膜+冷水机组相比少耗煤48．91 kg／m ·年，节能79．8％；与壁挂式燃气炉+冷水机组相比少耗煤l5．5 k m ·年，节能55．6％；与直燃机+冷水机组相比少耗煤14．27 kg／m ·年，节能53．6％地源热泵空调与传统空调方式初投资费用比较。如下图

四形式

2.1 开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。

2.2 闭式系统：

是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。

2.2.1、垂直埋管--深层土壤

垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持。

2.2.2、水平埋管--大地表层

在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。

2.2.3、地表水

江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的。利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制。

五地源管道的详细介绍

其分类根据热能交换的形式不同，热源地泵系统可以分为以下三种，分别是地脉管道地源热泵、地下水地源热泵和地表水地源热泵三种形式。就目前来说，最常用的还是地埋管道地缘热泵系统，下面就对着三种的具体原理和设计形式进行分析。

5.1 地埋管地源热泵

这种系统其主要就是把热交唤起埋于地下，通过水在由高强度塑料管组成的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行冷热交换的目的。夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温。同时储存热量，可以在冬季提供使用。然后等到冬季在通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时来说储存冷量，可以供夏天使用。土壤提供一个能量存储源。可以根据季节的变化很容易的实现转换。

5.2 地埋管地源热泵埋管形式

第二种的地缘地泵埋管形式又可以分为两种形式，用水平埋管和垂直埋管。选择哪种形式很大程度上取决于现场可用的地表面积和当地土地。水平埋管通常是浅层埋管，可以进行人工开挖，比垂直埋管的前期资金投入要少些，但是他的换热性比竖埋管要小很多，并且很容易受到土地面积的限制，所以一般都施工中，都是采取后者的。

5.3 地埋管地源热泵的特点

地埋管理此技术拥有此几点特点：1、技能，经济性。2、环境效益显著，不破坏水资源，没有污染、地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少38%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节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。3、可以多地点建造，不受到建造的影响。4、负面影响较低，没有燃烧，排烟等、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。5、一机两用，即可供暖，又可以供冷。全年冷热供应，节省投资和占地。

5.4 地埋管地缺陷