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地源熱泵技術的應用原理簡介 

黃驊各種空氣源熱泵機組，熱泵技術是在高位能的拖動下，將熱量從低位熱源流向高位熱源的技術。它可以把不能直接利用的低品位熱能(如空氣、土壤、水、太陽能、工業(yè)廢熱等)轉化為可利用的高位能，從而達到節(jié)約部分高位能(煤、石油、天然氣、電能等)的目的。利用低位能的熱泵技術可以節(jié)約燃料、合理利用能源、減輕環(huán)境污染，作為一條節(jié)能與環(huán)保并重的途徑。有研究表明，與區(qū)域鍋爐房的能耗比較，相同容量的熱泵站的能耗：用河水(5～6.6℃)作為低位熱源時，年節(jié)煤率為12.68～14.08%；用海水(12～13.6℃)作為低位熱源時，年節(jié)煤率為21.59～39.98%；用工業(yè)廢水(18～20℃)作為低位熱源時，年節(jié)煤率為39～39.98%。熱泵的效率與建筑物室內和室外環(huán)境的溫差有關，溫差越小，熱泵的效率越高。有研究表明，從熱泵機組冬季運行中除霜的角度來看，空氣源熱泵的使用不但與室外溫度有關，而且與室外大氣的相對濕度有密切關系，這大大限制了它的使用范圍。采用地源熱泵系統(tǒng)，由于土壤的溫度比室外空氣溫度更接近室內的溫度，若設計合理，地源熱泵可以比空氣源熱泵具有更高的效率和更好的可靠性。此外，因為相同體積流量水的熱容是空氣的3500倍，水與制冷劑的換熱效果遠好于空氣與制冷劑的對流換熱，因此地源熱泵的換熱

黃驊各種空氣源熱泵機組，盤管要比空氣源熱泵小得多且地源熱泵系統(tǒng)的構件較少使其運行費用可以降低。地源熱泵工作原理  1 地源熱泵工作原理    地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。地源熱泵供暖空調系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內采暖空調末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣

地源熱泵技術路線   

，地源熱泵技術路線有以下兩種：土--氣型地源熱泵技術和水--水型地源熱泵技術    土--氣型地源熱泵技術以美國的技術為代表，水--水地源熱泵技術以北歐的技術為代表。二者的差別是：前者從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散布置于各個房間的地源熱泵機組直接轉換成熱風或冷風為房間供暖或制冷。后者是從地下水中取熱或向其排熱，經過熱泵機組轉換成熱水或冷水，然后再經過布置在各個房間的風機盤管轉換成熱風或冷風給房間供暖或制冷。由于美國的土--氣型地源熱泵技術，可以不用地下水，采用埋設垂直管、水平管或向地表水拋設管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，推廣的范圍更大、更靈活。地源分類   

地源按照室外換熱方式不同可分為三類：

(1)土壤埋管系統(tǒng)，

(2)地下水系統(tǒng)，

(3)地表水系統(tǒng)。  

根據循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤管方式 （垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。  此外，還有一種“直接膨脹式”，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進行換熱。地源熱泵系統(tǒng)的形式   

土-氣型地源熱泵系統(tǒng)按照室外換熱方式不同分，

主要有三類形式： 

1、地耦管系統(tǒng)  

該方案只需在建筑物的周邊空地、道路或停車場打一些地耦管孔，室外水系統(tǒng)注滿水后形成一個封閉的水循環(huán)，利用水的循環(huán)和地下土壤換熱，將能量在空調室內和地下土壤之間進行轉換故該方案不需要直接抽取地下水，不會對本地區(qū)地下水的平衡和地下水的品質造成任何影響，不會受到國家地下水資源政策的限制。 

2、地下水系統(tǒng)   

項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質、水量符合使用要求，則可采用開式地表水（直接抽?。Q熱方式，即直接抽取地表水，將其通過板式換熱器與室內水循環(huán)進行隔離換熱，可以避免對地表水的污染。此種換熱方式可以節(jié)省打井的施工費用，室外工程造價較低。

3、地表水系統(tǒng)   

項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質、水量符合使用要求，則可采用拋放地耦管換熱方式，即將盤管放入河水（或湖水）中，盤管與室內循環(huán)水換熱系統(tǒng)形成閉式系統(tǒng)。該方案不會影響熱泵機組的正常使用；另一方面也保證了河水（湖水）的水質不受到任何影響，而且可以大大降低室外換熱系統(tǒng)的施工費用地源熱泵在回灌困難地區(qū)的應用  北京市是偉大祖國的首都，為改善空氣環(huán)境、減少大氣污染，市委市政府早在2000年就提出了大氣污染治理規(guī)劃。在城區(qū)內利用清潔能源取代燃煤鍋爐，禁止新建燃煤鍋爐。水源熱泵空調作為一種清潔、節(jié)能、環(huán)保新技術很快被人們認識和接受。但在水源熱泵系統(tǒng)的推廣應用中，如何合理地抽取和回灌地下水是困惑用戶的首要問題。在水文地質條件相對差的地區(qū)，回灌很難，出現(xiàn)了個別項目難以實現(xiàn)地下水的*回灌，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。地源熱泵空調系統(tǒng)正好彌補了水源熱泵系統(tǒng)的不足，它通過密閉的PE換熱管與地層進行熱交換，為熱泵提供冷熱源，不再需要提取和回灌地下水。它的成功應用和示范，使在水文地質條件較差的地區(qū)也能使用地能資源。本文將對比水源熱泵和地源熱泵系統(tǒng)，以及它們所適用的地質條件和地區(qū)，并通過對朝陽區(qū)綠化局辦公樓地源熱泵空調系統(tǒng)的介紹，使大家對地源熱泵進一步了解。

一、地能熱泵系統(tǒng)的介紹

1.1地能概述       

人類賴以生存的地球蘊藏著豐富的各類礦產資源，同時它還是一個非常巨大的能量資源庫。以淺層地表為例，據調查地表以下5~10米的地層溫度就不隨室外大氣溫度的變化而變化，常年維持在15~17℃。這樣的溫度相對于北京等的北方城市，冬季它比大氣溫度（5~-15℃）高，是可利用的低品位熱源；夏季它比大氣溫度（25~40℃）低，是可利用的冷源。地能熱泵系統(tǒng)就是利用地層的冬暖夏涼的特性，通過提取和釋放地層中的熱量，實現(xiàn)冬季供暖和夏季制冷。冬季通過輸入1kW的電能，熱泵機組可吸收2.5~3kW的地能，為建筑物提供3.5~4kW的熱能；夏季通過輸入1kW的電能，能為建筑物提供3.5~4kW的冷能。而該項目技術成功的關鍵就在于如何從地層中提取和釋放熱能。      

水源熱泵和地源熱泵都屬于地能熱泵的范疇，不同之處就在于它們提取和釋放地能的方式不同。 1.2水源熱泵和地源熱泵 1.2.1水源熱泵系統(tǒng)      

水源熱泵是通過抽取與地層同溫度的地下水，機組與地下水換熱后，地下水通過回灌井回灌到地層中。根據系統(tǒng)負荷量及需水量的大小，地層的出水能力和回灌能力來設計抽水井和回灌井的數(shù)量。  抽灌井可為一抽一灌、一抽多灌或多抽多灌。 1.2.2地源熱泵系統(tǒng)  地源熱泵系統(tǒng)通過在密閉的換熱管里循環(huán)的循環(huán)液與地層之間進行熱量交換，冬季吸熱、夏季散熱。根據系統(tǒng)負荷量的大小，地層的導熱能力來設計換熱孔形式、數(shù)量和深度。

空氣源熱泵的優(yōu)點   

空氣源熱泵優(yōu)點一： 

適用范圍廣，適用溫度范圍在-7℃至40℃,并且一年  四季全天候使用。可連續(xù)加熱，適合各類團體熱水工程使用，可實現(xiàn)無人值守， 全自動運行。   

空氣源熱泵優(yōu)點二

運行成本低，節(jié)能效果突出，投資回報期短，空氣源熱  泵可節(jié)省70％的能源；與燃氣、電和電輔助加熱的太陽能熱水器相比，是燃氣熱水器的1/3左右、電熱水器的1/4左右。   

空氣源熱泵優(yōu)點三： 

環(huán)保型產品，無任何污染，無任何燃燒外排物，不會 對人體造成損害，具有良好的社會效益。     

空氣源熱泵優(yōu)點四： 

方便?？諝饽軣岜谜嫉乜臻g很小，外形與空調室外機 相似 ,  可直接接保溫水箱或與供暖管網連接，適合于大中城市的高層建筑。   

空氣源熱泵優(yōu)點五： 

安全性能好，家用*空調無任何漏電、漏氣等安全 隱患。     

空氣源熱泵優(yōu)點六： 

多組組合安裝建立*熱水系統(tǒng)，可把多組相同型號  的熱泵機組并聯(lián)使用，確保整組熱水器一體工作，滿足熱水用量高峰要求，為 大量用熱水提供了保證。  

空氣源熱泵優(yōu)點七：

使用壽命長、維護費用低，使用壽命長達15年以上，設備性能穩(wěn)定。 

運行安全，自動化程度高，該空氣能熱水器采用間接加熱方式，運行安全靠；自動化程度高。    

六、空氣源熱泵缺點：    

首先，外觀問題。可以說，空氣源熱泵熱水器目前主要的弊病之一是體積 碩大，不適應國情。   

其次，結霜問題。區(qū)域性特征明顯，對外界環(huán)境溫度依賴過大，其正常工 作環(huán)境溫度在-5℃至40℃之間，故基本適用于中南部使用。 

再次， 

壓縮機易燒壞。目前市面上的熱泵熱水器普遍采用循環(huán)式加熱系統(tǒng)， 該系統(tǒng)在高溫高壓工況下運行，容易使壓縮機老化、碳化，加之系統(tǒng)潤滑效果不好，導致壓縮機易被燒壞。   

zui后，由于空氣能是分散能源，制熱速度慢，熱效率不是很高。    

七、水源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點：  

(1)  全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此水 源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于 40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費用40%左右。

(2)  冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。

(3)  水源有較好的蓄能作用空氣源熱泵的工藝流程：   

礦井風口處設置噴淋室，讓風從下向上吹，加熱噴淋室四周噴出水霧，下 置集水池，水泵從集水池里抽取熱水供給熱泵機組，再由熱泵機組提高水的溫度，然后通過循環(huán)水泵供給用戶冬季采暖。

一、淺層地熱能源  在太陽的輻射照耀下，地球成為太陽能的巨型“存貯器”，在地殼淺層的水體和巖土體中貯存了大量清潔的可再生能源，稱為淺層地熱能，簡稱地源。 

二、熱泵技術  是近代科學發(fā)明的一種節(jié)能技術。向熱泵機組輸入一定電能驅動壓縮機作功，使機組中的工質(如R22、R134a)反復發(fā)生蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱的物理相變過程，就能實現(xiàn)空間上的熱量交換和傳遞轉移。 

三、地源熱泵*空調系統(tǒng)  是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統(tǒng)、建筑物內系統(tǒng)組成的供熱空調系統(tǒng)。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，熱泵機組從室內吸收熱量并轉移釋放到地源中，實現(xiàn)建筑物空調制冷。根據地熱交換系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。 

應用條件 

一、地下水地源熱泵系統(tǒng)應用條件： 

1、建筑項目附近地下水資源豐富，并便于實施供回水工程。

2、地方政策允許利用地下水。 

3、地下水溫適度，水質適宜，供水穩(wěn)定，回灌順暢。  

二、地表水地源熱泵系統(tǒng)應用條件：  

1、建筑項目附近有豐富的地表水(例如：江水、河水、湖水、海水、水庫水、污水、中水、地熱尾水、工業(yè)廢水等等)。 

2、水量充足，水溫適度，水質經簡單處理能達到使用要求。  

三、土壤源熱泵系統(tǒng)(地埋管)應用條件：  

1、建筑物附近缺乏水資源或因各種因素限制，無法利用水資源。 

2、建筑物附近有足夠場地敷設“地埋管”(例如：辦公樓前后場地、別墅花園，學校運動場等等)。  設計理念  “在滿足人們冷熱基本需求的前提下，zui大限度地實現(xiàn)環(huán)境保護和能源節(jié)約，同時創(chuàng)造優(yōu)良的室內空氣品質”這是清華同方對空調產品的詮釋。  “環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水、滿足用戶需要”是研發(fā)設計的主題理念。

一、環(huán)保  水源熱泵利用地表土壤和水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，無燃燒，無排煙，無廢棄物，無污染，是一種清潔環(huán)保的利用可再生資源的一種技術

二、節(jié)能  設計*，能效高，制熱時在4.0以上，制冷時在5.0以上，zui高可達7.1。

三、節(jié)水  換熱器采用“大溫差，小流量”設計思路進行設計，機組用水量比傳統(tǒng)設計節(jié)省40%。 

四、節(jié)資  通過一套系統(tǒng)來實現(xiàn)供冷和供熱需求，一次性投資只是傳統(tǒng)制冷制熱投資的1/2-2/3;運行費用只有傳統(tǒng)方式的1/2-2/3。 

五、可靠  采用分系統(tǒng)*獨立的模塊化設計，部件數(shù)量少，品質精良，設置多種安全保護功能。充分考慮多系統(tǒng)的協(xié)調統(tǒng)一控制，可實現(xiàn)計算機遠程操作，使機組更具人性化和智能化。 

空氣源熱泵技術 

1.空氣源熱泵技術是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫熱源，經系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫熱源，用來取(供)暖或供應熱水，整個系統(tǒng)集熱效率甚高。 

2. 熱泵有四大優(yōu)點，*是節(jié)能，有利于能源的綜合利用，第二點是有利于環(huán)境保護，第三點是冷熱結合，設備應用率高，節(jié)省出投資，第四因為它是電驅動，所以它調控比較方便，因此熱泵備受大家的關心。

3.熱泵技術就二十一世紀的一個能源技術，能通過熱泵的形式，可以提高能效的利用，能效的利用有兩個含義，從環(huán)境角度來講，可以減少溫室氣體的排放，減少對環(huán)境的有害的因素，從另外一個方面來說，就是解決電力高空負荷的一項技術。 

4.熱泵用逆卡諾原理，以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫熱能，通過壓縮機的壓縮變?yōu)楦邷責崮?，傳輸至水箱，加熱熱水，所以它能耗低、效率高、速度快、安全性好、環(huán)保性強，*的供應熱水。作為熱水系統(tǒng)它具有無以比擬的優(yōu)點。 

5.熱泵熱水機組遵循能量守恒定律和熱力學第2定律，運用熱泵的原理，只需要消耗一小部分的機械功(電能)，將處于低溫環(huán)境(大氣或地下水等)下的熱量轉移到高溫環(huán)境下的熱水器中，去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬，水是不能自發(fā)地從低處流向高處，要將低處的水輸送到高處，必須用一臺水泵，消耗一部分電力，才能將水送到高處的水箱中。同樣，根據熱力學第二定律，熱量也是不能自發(fā)地從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境中轉移(傳送)，而要實現(xiàn)這個目的，必須要有一臺機器，消耗一部分機械功(例如電能)，才能將低溫環(huán)境中的熱量傳送到高溫環(huán)境中去。這樣的機器就稱之為“熱泵”。熱泵的作用是將空氣中或低溫水中的熱量取出，連同本身所用的電能轉變成的熱能，一起送到高溫環(huán)境中去應用

地(水)源熱泵機組的工作原理   

是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。具有高效節(jié)能、經濟環(huán)保、安全可靠、可自動運行等優(yōu)點。  

地源熱泵同空氣源熱泵相比，有什么優(yōu)點    

地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點：

(1)全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費用40%左右。

(2)冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。

(3)地源有較好的蓄能作用。  

地源熱泵系統(tǒng)的分類及其各自的優(yōu)缺點源熱泵和水源熱泵的冷熱源區(qū)別：    

水源熱泵和地源熱泵都是從地位熱源的選取來定義的，水源熱泵通常指地位熱源來源于地表水、地下水、海水、污水；地源熱泵有時也被稱為土壤源熱泵，但是地下水作為低位熱源的也可稱為地源熱泵。此外，水環(huán)熱泵也可稱為水源熱泵。定義的角度不一樣，叫法也就不一樣。采用冷卻塔散熱的系統(tǒng)不能稱為水源熱泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水應該成為水源熱泵，否則為土壤源熱泵。   

地源熱泵和水源熱泵的叫法區(qū)別：   

水源熱泵和地源熱泵以前確實叫法很亂，已經出臺的地源熱泵相關規(guī)范，其中對叫法范圍作了明確說明：   

地源熱泵指所有使用大地作為冷熱源的熱泵全部稱為地源熱泵，包括土壤熱泵(即地耦合熱泵)，地下水熱泵，地表水熱泵(包括江河湖海的水)等，這是為區(qū)別水環(huán)熱泵而說的。  

水源熱泵則是總稱，包括所有以水作為冷熱源的熱泵，當然也包括土壤熱泵和水環(huán)熱泵了，這是為區(qū)別空氣源熱泵(風冷熱泵)而說的。  

所以以大分類來說，水源熱泵包括地源熱泵和水環(huán)熱泵還有一些特殊的利用低位熱水能量的熱泵(比如利用工業(yè)廢水或發(fā)電廠冷卻循環(huán)水梯級利用等)。  

總之，簡單的說地源熱泵是泛指土壤源熱泵、地表水、地下水、海水、污水源熱泵。但現(xiàn)在人們習慣上把土壤源熱泵叫地源熱泵，把地表水、地下水、海水、污水源熱泵叫水源熱泵。  地源熱泵包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等，抽取湖水或江河水方式造價zui低，埋管方式zui貴，但。   

只要有足夠的場可地埋設管道（地下冷熱交換裝置）或政府允許抽取地下水的就應該優(yōu)先考慮選擇地源熱泵*空調。地源熱泵*空調如此節(jié)能是應為地源熱泵技術借助了地下的能量，地下的能量還是來至于太陽能，“我們的腳下就有石油”這句話說的太好了，也很形象。