地源熱泵原理、優(yōu)點及分類

（（和土壤源中吸收的太陽能和地熱能，并采用熱泵原理，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調系統(tǒng)。二、介紹（如電能實1kW4kW量或冷量。一、科技名詞定義中文名稱：地源熱泵英文名稱：geothermalheatpump，ground-sourceheatpump定義：把地面做低溫熱源的熱泵，即從地面土壤中吸熱來取暖的循環(huán)設備。三、冷熱源三、冷熱源目前，地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為水源熱泵的冷熱源：地源熱泵地源熱泵四、形式四、形式水源/地源熱泵有開式和閉式兩種。防砂堵，防結垢、水質凈化等裝置。閉式系統(tǒng)：是在深埋于地下的封閉塑料管內，注入防凍液，通過與水或土。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質等因素影響。1

地源熱泵垂直埋管可獲取地下深層土壤的熱量。垂直埋管通常安裝在地下50-150米深處，一組或多組管與熱泵機組相連，封閉的塑料管內的防凍液將熱能傳送給熱泵，然后由熱泵轉化為建筑物所需的 暖氣和熱水。垂直管是地源熱泵系統(tǒng)的主要方式，得到各個國家的政府部門大力支持。2、水平埋管--大地表層 在地下2米深處水平放置塑料管，塑料管內滿防凍的液體，并與熱泵相連。水平埋管占地面積大，土方開挖量大，而且地下?lián)Q熱器受地表氣候變化的影響。3、地表水江、河、湖、海的水以及深井水統(tǒng)稱地表水。地源熱泵可以從地表水中提取熱量或冷量，達到制熱或制冷的目的。利用地表水的熱泵系統(tǒng)造價低，高，但受地理位置（如江河湖海）和國家政策（如取深井水的限制。五、可再生性地源熱泵地源熱泵是一種利用地球所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖制冷空調系統(tǒng)，地源熱泵利用的是清潔的 可再生能源的一種技術。地表土壤和水體是一個巨大的太陽能集熱器收集了47%的太陽輻射能量比人類每年利用的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量它又是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對的平衡， 地源熱泵技術的成功使得利用儲存其中的近乎無限的太陽能或地能成為現(xiàn)實。六、高效節(jié)能地源熱泵機組利用土壤或水體溫度冬季為12-22℃，溫度比環(huán)境空氣溫度高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18-32℃，溫度比環(huán)境空氣溫度低，制冷系統(tǒng)冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率大大提高，可以節(jié)約30--40%的供熱制冷空調的運行費用，1KW的電能可以得到4KW以上的熱量或5KW以上冷量。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將 90%以上的電能或70～90%的燃料內能為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比 電鍋爐熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省約二分之一的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為 10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出 40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60％。因此，近十幾年來，尤其是近五年來， 地源泵空調系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調技術。表一：地源熱泵與其它加熱方式相比的能源消耗情況比較：表一比較后可得出地源熱泵是所有加熱方式中最節(jié)約能源的。表二：地源熱泵空調系統(tǒng)與傳統(tǒng)的 中央空調系統(tǒng)各方面的特點相比：表二地源熱泵空調系統(tǒng)在各方面都比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)秀。300式相比：注：表三研究對象為北京的一套高檔別墅，面積為 300平米，采用1臺DL-A120機組，由達隆公司設計并完成施工安裝。各種價格參數(shù)取自市政府相關部門發(fā)布的《2004年度北京能源利用報告》，以及《2006年度北京能源利用報告》，2個年度的能源價格變動較大。本表按用戶每天運行15小時，一個采暖季計算。表三七、優(yōu)點1、環(huán)境和經濟效益顯著地源熱泵地源熱泵機組運行時，不消耗水也不污染水，不需要鍋爐，不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場地，環(huán)保效益顯著。地源熱泵機組的電力消耗與空氣源熱泵相比也可以減少 40%以上；與電供暖相比可以減少 70%以上它的制熱系統(tǒng)比燃氣鍋爐的效率平均提高近50%，比燃氣鍋爐的效率高出了75%。2、一機多用，應用廣泛套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量的能量，而且用一套設備可以同時滿足供熱、供冷、供生活用水的要求，減少了設備的初投資，地源熱泵可應用于賓館、 居住小區(qū)、公寓、廠房、場、辦公樓、學校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。3、自動運行地源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，可以設計成簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行可靠，維護費用用低，自動控制程度高，使用壽命長。八、工作原理在自然界中，水總是由高處流向低處，熱量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，實現(xiàn)水由低處向高處流動，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。 所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，工作時它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因地源熱泵是熱泵的一種，是以大地或水為冷熱源對建筑物進行 冬暖夏涼的空調技術，地源熱泵只是在大地和室內之間“轉移”能量。利用極小的電力來維持室內所需要的溫度。 在冬天，1千瓦的電力，將土壤或水源4-5千瓦的熱量送入室內。在夏天，過程相反，室內的熱量被熱泵轉移到土壤或水中，使室內得到涼爽的空氣。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以最小的低價獲取了最舒適的生活環(huán)境。九、熱泵原理熱泵機組裝置主要有：壓縮機、、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉移到水中。 壓縮機(Compressor)：起著壓縮和輸送循環(huán)工質從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（制冷）系統(tǒng)的心臟； 蒸發(fā)(Evaporator)：是輸出冷量的設備，它的作用是使經節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達到制冷的目的；冷凝器(Condenser)：是輸出熱量的設備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機消耗功所轉化的熱量在冷凝器中被冷卻介質帶走，達到制熱的目的； 膨閥(ExpansionValve)或節(jié)流閥(Throttle)：對循環(huán)工質起到節(jié)流降壓作用，并調節(jié)進入蒸發(fā)器的循環(huán)工質流量。 根據熱力學第二定律，壓縮機所消耗的功（電能）起到補償作用，使循環(huán)工質不斷地從 低溫環(huán)境中吸熱并向高溫環(huán)境放熱，周而往復地進行循環(huán)。十、熱泵分類熱泵是需要冷凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中吸熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。蒸發(fā)器冷凝器根據循環(huán)工質與環(huán)境換熱介質的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。熱泵根據與環(huán)境換熱介質的不同，可分為：水—水式，水—空氣式，空氣—水式，和空氣—空氣式共四類。 利用空氣冷熱源的熱泵，稱之為空氣源熱泵。空氣源熱泵有著悠久的歷史，而且其安裝和使用都很方便，應用較廣泛。但由于地區(qū)空氣溫度的差別，在我國空氣源熱泵不僅運行條件惡劣，穩(wěn)定性差，而且因為存在結霜問題，效率低下。利用水或地熱作冷熱源的熱泵，稱之為地源熱泵。水和地熱是一種優(yōu)良的熱源，其熱容量大，傳熱性能好，一般地源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵，但地源熱泵的應用常受到水源或地熱的限制。十一、地源熱泵原理地源熱泵則是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為地源熱泵的冷熱源，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”。左圖為開式地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵供暖原理圖右圖為冬季地源熱泵供暖原理圖?？諝庠?水源 土壤源十二、地源熱泵組成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)、地源熱泵機組和室內采暖空調末端系統(tǒng)。 其中地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，地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。十三、地源熱泵發(fā)展美國（TheUnitedStates）19461973年，美國阿克拉荷馬大廈安裝了地源熱泵空調系統(tǒng)，并且進行全面的系統(tǒng)研究。1978（DOE）基金。1979年，美國阿克拉荷馬州能源部成立了地源熱泵系統(tǒng)科技研發(fā)基金會。1987（IGSHPA）在阿克拉荷馬州大學成立。1988年，美國俄克拉荷馬商務部開始對地源熱泵進行商務推廣。1993年，美國環(huán)保署（EPA）對地源熱泵的認識。1994年，美國政府第一套地源熱泵空調系統(tǒng)在俄勒岡州國會大學安裝，地源熱泵從此在美國政府，軍隊，電力公司等得到了大量應用。1998年，美國環(huán)保署（EPA）頒布法規(guī)，要求在全國建筑中推廣應用地源熱泵系統(tǒng)。美國總統(tǒng)布什在他的得克薪斯州宅邸中也安裝了地源熱泵空調系統(tǒng)。 目前，全球75%的地源熱泵系統(tǒng)安裝在北美地區(qū)。美國：是世界上地源熱泵生產、使用和發(fā)展的頭號大國，1985年：美國安裝的地源熱泵為14,000臺；1997年：45,000臺；2000年：400,000臺；2004年：670,000臺；2005年：1,000,000臺。加拿大：2005年地源熱泵系統(tǒng)新增比例增加了 50%。挪威96%奧地利：應用比例為45％。丹麥：應用比例為35％。日本：是亞洲地源熱泵技術最先進，使用比例最高的國家。中國（China）1997年，美國能源部（DOE）和中國科技部簽署了《中美能效與可再生能源合作議定書》，其中主要內容之一是“地源熱泵”項目的合作。1998年，國內重慶建筑大學、青島建工學院、湖南大學、同濟大學等數(shù)家大學開始建立了地源熱泵實驗臺，對地源熱泵技術進行研究。200612006年月沈陽被國家建設部確定為地源熱泵技術推廣試點城市，到2010年底，實現(xiàn)全市地源熱泵技術應用面積約占供暖總面積的 1/32006年，12月，建設部發(fā)布文件《“十一五”重點推廣技術領域》 作為新型高效，可再生能源新技術的水源熱泵技術被列入目錄。十四、系統(tǒng)類型水平式地源熱泵水平式地源熱泵??通過水平埋置于地表面2～4以下的閉合換熱系統(tǒng)，它與土壤進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較小，但占地面積較大。地源熱泵垂直式地源熱泵垂直式地源熱泵??通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在 50M～400M深的巖土體與土壤進冷熱交換。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， 施工難度相對較大，但占面積較小。地源熱泵地表水式地源熱泵地表水式地源熱泵??地源熱泵機組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與 江河、湖泊、海水等行冷熱交換。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。地源熱泵地源熱泵4.地下水式地源熱泵地下水式地源熱泵??地源熱泵機組通過機組內閉式循環(huán)系統(tǒng)經過換熱器與由 水泵抽取的層地下水進行冷熱交換。地下水排回或通過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體建筑和小型建筑群落。湖水或江河水方式造價最低，埋管方式最貴，但最好。（地下冷熱交換裝置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。地源熱泵技術的主要優(yōu)點:16℃左右，略高于124.2，即投入1KW的熱能，夏季運行時，COP5.31KW5KW的冷量，3-4除霜的用電能耗。噪音及霉菌污染。舒適：因為地源熱泵機組供冷暖時都是通過冷熱水經風機旁管（墻埋管）交換完成的，所產生的冷氣和暖氣（或輻射熱）比常規(guī)空調的要更柔和的多，熱不易感冒。資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象。安全：無燃燒設備，從而不存在爆炸、失火和中毒的隱患。長期在良好的低溫井水（16℃）下進行熱交換工作，可大大延長機組壽命，故障率低減少了維護量。系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)。地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證