淺議地源熱泵技術(shù)

1、淺議地源熱泵技術(shù)一、地源熱泵技術(shù)的原理地源熱泵是以地?zé)嶙鳛闊岜醚b置的熱源或熱匯來對建筑進 行采暖或制冷的技術(shù)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能)，即可實現(xiàn)低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移。在冬季和夏 季，分別將地?zé)崮茏鳛楦邷責(zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?，在冬季將地?zé)帷叭　庇蓙碛糜诓膳驘崴?yīng)， 在夏季將室內(nèi)的熱量提取后釋放到地 層中去。地源熱泵最早源于 1912年瑞士的一個專利，而其真正 意義上的商業(yè)應(yīng)用迄今也不過十多年，但是到20XX年止，美國已達到了每年安裝 40萬臺地源熱泵，可降低溫室氣體排放100萬噸，年節(jié)省能源折合4.2億美元。我國政府也在積極推廣運用 這項“綠色技術(shù)”，以削減煤耗、節(jié)省一次

2、能源和改善環(huán)境。地源熱泵可以直接供應(yīng)生產(chǎn)生活熱水和用于采暖，也可以與電節(jié)能熱泵和直接加熱設(shè)備鍋爐等聯(lián)合使用，對削減一次能源用量、環(huán)保和緩解用電峰谷差等都有好處。依據(jù)地源熱泵所采用熱源熱匯的形式不同，可將其大致分為大地耦合式熱泵(GCHP)、地下水熱泵(GWHP)和地表水熱泵(SWHP) o二、大地耦合熱泵大地耦合熱泵就是以地表淺層的土壤作為熱源或熱匯，它與傳統(tǒng)的空氣熱泵(ASHP)相比，具有許多優(yōu)勢：(1)相對于地表的空氣和水來說，一定深度地下土壤的溫度全年波動較小，加上土壤對地表空氣溫度的波動具有延遲和衰減，因此在大多數(shù)狀況下，比空氣更適合作為熱泵裝置的熱源和熱匯，且能保證系統(tǒng)以較高的效率運

3、行。（2） 土壤作為熱源和熱匯，可以全部或部分的取代 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻塔和鍋爐，以削減對環(huán)境的“熱污染”和空氣污染。（3）與空氣熱泵相比，大地耦合熱泵不存在除霜問題， 且回收土壤的熱量不需要風(fēng)機， 可以使系統(tǒng)的噪聲等級下降。（4） 土壤本身是個巨大的蓄熱蓄冷體，因此大地耦合熱泵可以和太陽能集熱裝置結(jié)合起來，通過土壤的蓄、放熱獲得更好的供熱、 制冷效果。當(dāng)然，大地耦合熱泵也有一些缺點。（5） 土壤的傳熱性能欠佳，需要較大的傳熱面積，導(dǎo)致占地面積較大。（6）在地下埋設(shè)管道成本較高，運行中若產(chǎn)生故障也不易檢修。（7） 土壤受熱干燥后，其導(dǎo)熱能力顯著下降， 夏季難以向外排熱，成為不可 逆運行（夏季

4、不需制冷的地域是可行的 ）。（一）直接式和間接式大地耦合熱泵大地耦合熱泵依據(jù)其蒸發(fā)器端與大地換熱形式的不同，分為通過熱泵工質(zhì)-水換熱器的間接式系統(tǒng)，及采用熱泵工質(zhì)在埋于 地下的盤管中直接膨脹的直接式系統(tǒng)。在間接式系統(tǒng)中，載冷劑或鹽水溶液被用來在熱源和蒸發(fā)器間傳遞熱量，它與直接蒸發(fā)系統(tǒng)相比具有一定優(yōu)點：削減了制冷劑沖灌量， 還增加了熱泵系統(tǒng) 的敏捷性，同時可使現(xiàn)場工程量降到最低并減免了制冷管路的安 裝；但其缺點在于：引入帶有熱交換器的額外流體環(huán)路，增加了 初投資，也帶來額外溫降。需要針對運行工況優(yōu)化設(shè)計鹽水回路，此外用于載冷劑的流體性質(zhì)也很重要。在直接蒸發(fā)系統(tǒng)中，將蒸發(fā)器盤管直接埋入地下， 可有

5、效削減投資，尤其適合家庭熱泵系 統(tǒng)，它的一種典型安裝方法是：使用一根或兩根并行的3/4 銅管，每根長90m ,分為作為名義上兩缸或三缸壓縮機的地下盤 管，這樣從地下抽熱比通常使用的間接式系統(tǒng)高。（二）水平式和垂直式大地耦合熱泵水平熱交換管的地下盤管由聚乙烯硬塑料管制成，并水平地敷設(shè)于土壤中。在這項技術(shù)中，管子的敷設(shè)深度和塑料管側(cè)間距 是兩個重要參數(shù)。吸熱地面應(yīng)靠近待采暖的建筑物，土壤面積主要取決于土質(zhì)、含水量和該處的太陽照耀時間。塑料管間距越小則熱利用效率越高，但熱交換管量增大、費用上升，因此應(yīng)做技術(shù)經(jīng)濟性考慮。土壤中鋪設(shè)的管群最好分幾組，單根管長最好不超過100m ,否則消耗的泵功率將過大。

6、熱泵工質(zhì)一般采用鹽水溶液，即使在-15 C左右也不會凍結(jié)，低溫的鹽水溶液由土壤汲 取熱量，然后傳給熱泵裝置的蒸發(fā)器，再通過熱泵過程，由冷凝器供給熱安排系統(tǒng)。 此外，水平熱交換管還有回流式和串流式等 不同的敷設(shè)方法，從傳熱效果看，后者的供液與回流管之間不存 在熱交換，故對換熱有利，當(dāng)然，畢竟采用何種方式應(yīng)視詳細的土質(zhì)和地形而定。垂直熱交換管就是其導(dǎo)管垂直安裝在土壤中。導(dǎo)管由內(nèi)外兩根管子組成。外管的下端封閉，內(nèi)管放開，直徑較小。在徑向間 距相同的狀況下插在外管中。導(dǎo)管深度可達100m ,并隨地質(zhì)、水文條件而變化。導(dǎo)管的材料除金屬外，也可采用聚乙烯塑料管。當(dāng)借助垂直導(dǎo)管吸取熱量時，將載熱劑經(jīng)內(nèi)管由上

7、送至下， 然后經(jīng)內(nèi)管和外管間的空間， 再流回上方。在載熱劑向上流淌的過程 中就吸取了僅靠導(dǎo)管四周的土壤熱量。總之，大地耦合熱泵的熱交換效果與砂土類型、含濕量、成分、密度和是否勻稱緊貼換熱面有關(guān)。管材、沙土及地下水的腐蝕作用將影響傳熱和使用壽命。（三）大地耦合熱泵有待解決的技術(shù)問題大地耦合熱泵是節(jié)能環(huán)保型暖通空調(diào)技術(shù)，但還有很多有待解決的問題。大地耦合熱泵的顯著特征是用地下埋管換熱器來回 收土壤熱源，該換熱器的傳熱將受到地區(qū)氣候和土壤等因素的影 響。土壤溫度的分布，不僅是確定地下埋管總傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)， 而且也打算著大地耦合熱泵的火用效率水平，反映由投資的回收年限、占地規(guī)模大小以及該地區(qū)適于何種地下埋管形式，最終打算該地區(qū)是否適合采用大地耦合熱泵。因此，針對不同地區(qū)的土壤環(huán)境條件，應(yīng)