地源熱泵技術(shù)綜合整理

1、地源熱泵技術(shù)一.概念熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱，經(jīng)過(guò)電力做功，輸出可用的高品位熱能的設(shè)備，可以把消耗的高品位電能轉(zhuǎn)換為3倍甚至3倍以上的熱能，是一種高效供能技術(shù)。熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵三類。由于熱泵是提取自然界中能量，效率高，沒有任何污染物排放，是當(dāng)今最清潔、經(jīng)濟(jì)的能源方式。在資源越來(lái)越匱乏的今天，作為人類利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M(jìn)方式，熱泵技術(shù)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注和重視。"地源熱泵”的概念，最早于1912年由瑞士的專家提出，而該技術(shù)的提出始于英、美兩國(guó)。地源熱泵系統(tǒng)通常還被稱為：地?zé)釤岜孟到y(tǒng)、地能系統(tǒng)、地源系統(tǒng)等，

2、后來(lái)由美國(guó)供熱制冷空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)即地源熱泵系統(tǒng)（ground-sourceheatpumpsystem）。地源熱泵（也稱地?zé)岜茫┦抢玫叵鲁赝寥篮偷叵滤鄬?duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。通常地源熱泵都是用來(lái)做為空調(diào)制冷或者采暖用的.地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán)。二、國(guó)內(nèi)地源熱泵的發(fā)展：我國(guó)地源熱泵經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)具有很大的市場(chǎng)，生產(chǎn)

3、地源熱泵的廠家有一百多家，國(guó)外先進(jìn)地源熱泵技術(shù)也逐漸向國(guó)內(nèi)引進(jìn)，無(wú)論是在規(guī)模上還是在質(zhì)量上，都在逐漸接近世界先進(jìn)水平行列。同時(shí)，國(guó)內(nèi)已有多家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)建立起土壤源熱泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要開展對(duì)地下挽熱能和地面熱泵設(shè)備長(zhǎng)期聯(lián)合運(yùn)行的研究。我國(guó)地源熱泵技術(shù)的建筑應(yīng)用面積已超過(guò)1.4億平方米，全國(guó)地源熱泵系統(tǒng)年銷售額超過(guò)80億元，并以20%U上的速度增長(zhǎng)，單體地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用面積高達(dá)80萬(wàn)平方米。從地源熱泵主機(jī)市場(chǎng)來(lái)看，2010年，我國(guó)地源熱泵主機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為25億元，同比增長(zhǎng)31%fc右，增幅為近年來(lái)最大，到2011年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到31億元，同比增長(zhǎng)23溢右，2012年市場(chǎng)規(guī)模增加至33億元左右。地源熱泵系統(tǒng)

4、的能量來(lái)源于地下能源，它不向外界排放廢氣、廢水、廢渣，是一種高效節(jié)能系統(tǒng)，完全符合我國(guó)能源和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的方向。同時(shí)，作為可再生清潔能源，地?zé)崮芤鸭{入“十二五”能源規(guī)劃。國(guó)家初步計(jì)劃在未來(lái)5年，完成地源熱泵供暖（制冷）面積3.5億平方米，按每平米200-300元的投資強(qiáng)度，總投資金額可達(dá)700-1050億元。我國(guó)城鄉(xiāng)既有建筑總面積為500多億平方米，城鎮(zhèn)居住建筑面積約為105億平方米，其中能達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的僅占5%;同時(shí)，我國(guó)每年新增房屋建筑面積約20億平方米，預(yù)計(jì)到2020年底，中國(guó)新增的房屋面積將近300億平方米，建筑節(jié)能任務(wù)艱巨。地源熱泵技術(shù)作為一種受國(guó)家政策支持的新型節(jié)能環(huán)?？照{(diào)采

5、暖技術(shù)將得到快速發(fā)展，從而推動(dòng)地源熱泵市場(chǎng)的快速發(fā)展，中國(guó)地源熱泵市場(chǎng)前景看好。三.地源熱泵系統(tǒng)的分類：熱泵技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為空氣源熱泵、水源熱泵以及地源熱泵三類。地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同又可分為地表水地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)、地埋管地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)按其循環(huán)形式可分為：閉式循環(huán)系統(tǒng)、開式循環(huán)系統(tǒng)和混合循環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于閉式循環(huán)系統(tǒng)，大部分地下?lián)Q熱器是封閉循環(huán)，所用管道為高密度聚乙烯管。管道可以通過(guò)垂直井埋入地下150200英尺深，或水平埋入地下46英尺處，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流體從地下抽取熱量，帶入建筑物中，而在夏天則是將建筑物內(nèi)的熱能通過(guò)管道

6、送入地下儲(chǔ)存；.對(duì)于開式循環(huán)系統(tǒng)，其管道中的水來(lái)自湖泊、河流或者豎井之中的水源，在以與閉式循環(huán)相同的方式與建筑物交換熱量之后，水流回到原來(lái)的地方或者排放到其它的合適地點(diǎn)；對(duì)于混合循環(huán)系統(tǒng)，地下?lián)Q熱器一般按熱負(fù)荷來(lái)計(jì)算，夏天所需的額外的冷負(fù)荷由常規(guī)的冷卻塔來(lái)提供。1 .地埋管地源熱泵系統(tǒng)的換熱器有多種形式，如水平埋管、豎直埋管等。水平式地源熱泵：通過(guò)水平埋置于地表面24M以下的閉合換熱系統(tǒng),它與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑物，如別墅和小型單體樓。該系統(tǒng)初投資和施工難度相對(duì)較小，但占地面積較大。垂直式地源熱泵：通過(guò)垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50MH400M深的巖土體與土

7、壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物，周圍有一定的空地，如別墅和寫字樓等。該系統(tǒng)初投資較高，施工難度相對(duì)較大，但占地面積較小。2 .地表水式地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵機(jī)組通過(guò)布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，不需鉆井挖溝，初投資最小。但需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。3 .地下水式地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵機(jī)組通過(guò)機(jī)組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)換熱器與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷熱交換。地下水排回或通過(guò)加壓式泵注入地下水層中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單

8、體建筑和小型建筑群落。四、地源熱泵系統(tǒng)的組成地源熱泵系統(tǒng)主要分三部分（如下圖）：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中地源熱泵機(jī)組主要有兩種形式：水一水式或水一空氣式。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。自來(lái)水r生活用HUU左圖：地源熱系藕人垂立埋i|HHPHII用水區(qū)水泵X截止閥風(fēng)機(jī)盤管下困：地源熱泵空調(diào)末端配苴示意用上但：地啖回形施尊意困*一套系蜿.兩種末修冬季利用地板1射供熱，豆季利用風(fēng)盤溫度梯度合理，減少能耗，運(yùn)行濟(jì)五、地源熱泵系統(tǒng)的工作原理：在自然界中，水總是由高處流向低處，熱量

9、也總是從高溫傳向低溫。人們可以用水泵把水從低處抽到高處，實(shí)現(xiàn)水由低處向高處流動(dòng)，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，工作時(shí)它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進(jìn)行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。熱泵原理：熱泵機(jī)組裝置主要有：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過(guò)讓液態(tài)工質(zhì)（制冷劑或冷媒）不斷完成:蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）-壓縮一冷凝（放出熱量）-節(jié)流一再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過(guò)程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中空氣派出海土塘源地源熱泵是熱泵的一種，其工作原理是：冬季，熱泵機(jī)組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收

10、熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實(shí)現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。室內(nèi)風(fēng)機(jī)世管系統(tǒng)圖1地源熱泵系統(tǒng)工柞原理制冷及供冷圖地源熱泵系統(tǒng)在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功,使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過(guò)冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過(guò)冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由循環(huán)水路將冷媒中所攜帶的熱量吸收，最終通過(guò)室外地能換熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量通過(guò)室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)和室外地能換熱系統(tǒng)不斷轉(zhuǎn)移至地下的過(guò)程中，通過(guò)冷媒-空氣熱交換器（風(fēng)機(jī)盤管）向房間供冷。循環(huán)介質(zhì)帶走熱量£

11、;5單位）壓縮機(jī)做功（1單位）+帶走房間熱量"單位）地下?lián)Q熱介質(zhì)循環(huán)工作介質(zhì)楣環(huán)風(fēng)機(jī)盤管圖1夏季供冷原理圖CHIma-esicomJ制熱及供熱圖地源熱泵系統(tǒng)在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，并通過(guò)四通閥將冷媒流動(dòng)方向換向。由室外地能換熱系統(tǒng)吸收地下水或土壤里的熱量，通過(guò)水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過(guò)冷媒/空氣熱交換學(xué)習(xí)資料整理分享器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過(guò)程中，以室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)向室內(nèi)供暖。從土壤中提取熱量C3阜位）4壓縮機(jī)做動(dòng)（】單位）二供至房間熱量單位）她

12、下?lián)Q熱介演循環(huán)供熱循環(huán)rlri質(zhì)循環(huán)風(fēng)機(jī)盤管圖2冬季供熱原理國(guó)中圖恃能產(chǎn)業(yè)耀六、地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1 .高效節(jié)能，穩(wěn)定可靠地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%-60%因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%50%左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5Ks以上的熱量或4KW上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。2,

13、無(wú)環(huán)境污染地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，真正的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。3 ,一機(jī)多用地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。4 .維護(hù)費(fèi)用低地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少維護(hù)，系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，不暴露在風(fēng)雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長(zhǎng)壽命。5,使用壽命長(zhǎng)地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達(dá)50年。要比普通空調(diào)高35年使用壽命。6,節(jié)省空間沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。

14、地源熱泵與傳統(tǒng)空調(diào)的區(qū)別：穩(wěn)定：整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不受室外氣候條件的影響；舒適：室溫的分布更合理，溫差小，舒適感好。節(jié)能：比傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能40%-60%環(huán)保：沒有室外機(jī)，并且解決了城市熱島效應(yīng)，無(wú)任何污染和排放。七、地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn):1、地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%勺太陽(yáng)能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是

15、量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。2、地源熱泵屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)。其地源熱泵的COPB達(dá)至U了4以上，也就是說(shuō)消耗1KWh勺能量，用戶可得到4KWhZ上的熱量或冷量。3、地源熱泵環(huán)境效益顯著。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。4、地源熱泵一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。5、地

16、源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低。地源熱泵的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，機(jī)組緊湊、節(jié)省空間；自動(dòng)控制程度高，可無(wú)人值守。由以上的特點(diǎn)可以看出，地源熱泵的技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。八、存在的問題目前地源熱泵的技術(shù)存在的最大不足是“土壤熱不平衡”的問題。南方地區(qū)以供冷為主，常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱，長(zhǎng)年運(yùn)行后將導(dǎo)致土壤溫度失衡，影響周圍生態(tài)。夏熱冬冷地區(qū)的夏季供冷量往往大于冬季供熱量，多出的熱量可通過(guò)冷卻塔散去，也可通過(guò)余熱回收系統(tǒng)，用于供應(yīng)生活熱水，從一定程度上緩解土壤熱不平衡的問題。其次，地源熱泵應(yīng)用會(huì)受到不同地區(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會(huì)受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約；打井埋管受場(chǎng)地限制比較大，必須有足夠的面積用于打井和埋管；設(shè)計(jì)及運(yùn)行中對(duì)全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡。九、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)水源熱泵機(jī)組GB/T19409-2003蒸汽壓縮