暖通工程師考試《基礎知識》輔導資料(43)

地源熱泵系統(tǒng)構成與原理

系統(tǒng)構成：

地源熱泵(也稱地熱泵)是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現低位熱能向高位熱能轉移與建筑物完成熱交換的一種技術。

地球是一個巨大的蓄熱體，一年四季其地表5m以下的土壤溫度十分穩(wěn)定，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。地源熱泵機組工作原理就是在夏季從土壤或地下水中提取冷量，由熱泵原理通過空氣或水作為載熱劑降低溫度后送到建筑物中，而冬季，則從土壤或地下水中提取熱量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，從而實現的熱交換過程。需要特別指出的是：地熱泵中的冷熱源不是指地下的熱汽或熱水，而是指一般的常溫土壤、地表水、地下水。

1.2地耦管熱泵系統(tǒng)

以導熱好、抗腐蝕、強度高且可繞曲的材料制成管路，內有導熱流體(水或防凍劑)同土壤直接換熱后，進入水源熱泵機組的熱交換器與其換熱。當制冷供暖面積較小、周圍有較大空地時，采用水平敷設地鍋管路系統(tǒng)較合理，初投資較小;當制冷供暖面積較大、周圍有一定空地時，可采用垂直敷設地鍋管路系統(tǒng)，但其初投資相對較大。

與傳統(tǒng)的中央空調比較

燃煤鍋爐對環(huán)境的污染嚴重，而燃油及電鍋爐采暖造價及運行費用皆較高，讓人難以承受，也不符合國家長期發(fā)展的能源政策，而地源熱泵空調技術是國家科技部重點推廣的項目，也是國家節(jié)能設計手冊優(yōu)先選用的冷(熱)源方式。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，中國的地源熱泵市場日趨活躍。

通常消耗l kw的電能或獲取4kw的熱量或冷量，與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%一98%的電能或70%一90%的燃料內能轉化為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省l/3以上的能量;由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10℃一25℃，其制冷、制熱系數可達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%一60%。

地源熱泵系統(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)省了大量能源，而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。

國內外地源熱泵的發(fā)展歷史及前景

在中國傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)概念中，在過去相當長的時期，南方以水冷機組解決夏季制冷問題，中、北方以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題。20世紀80年代以后，出現了溴化鋰機組、風冷機組，90年代以后，從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，且采暖造價及運行費用皆較高，因此必須尋找可以再生的能源，從而提出了地源熱泵空調新技術。

在國外，地源熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當迅速。如美國，截止1985年全國共有14000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調總保有量的19%，其中新建筑中占30%。

與美國有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地熱資源，地下土壤埋盤管(埋深小于400m深)的地源熱泵，用于室內地板輻射供暖及提供生活熱水。據1999年的統(tǒng)計，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

安全省地方面

熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，無燃燒設備，避免了有害煙塵和有害物質的排放，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。熱泵機組運行安全、可靠、穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境溫度變化的影響，符合環(huán)保理念。

與燃氣和燃油鍋爐系統(tǒng)相比，省去了儲油設備和燃氣管道的敷設，若是燃煤鍋爐系統(tǒng)則可以省去鍋爐房及與之配套的煤場和渣場，而夏季制冷時則可以省去冷卻塔所占面積，大大減少了機房的占地面積，節(jié)約了土地資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象，提高了建筑物的使用率。

高效節(jié)能方面

地溫一年四季基本穩(wěn)定，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率。冬季，投入1kw電能，可以得到4kw左右的熱能;夏季，投入1kw的電能，可以得到5kw以上的冷量。系統(tǒng)的高效率，壓縮機的低能耗，使運行費用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。