关于地源热泵空调系统的分析

摘要：本文对地源热泵系统与传统空调系统进行了比较，介绍了地源热泵的工作原理及特点，分析了地源热泵的现状和发展前景。

关键词：地源热泵；空调系统

中图分类号：TU9文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

地源热泵作为一种高效、环保、节能的空调冷热源形式 具有十分光明的市场前景。在地源热泵技术的应用中, 尽管还有许多技术问题需要解决, 但由于其技术上的优势和节能、环保、可持续发展等优点，已成为建筑物供暖和制冷的合理方案之一。在能源可持续发展战略中，地源热泵将会不断受到人们的重视与青睐。

随着我国经济的迅速发展，能源的需求不断扩大，如何合理利用自然资源，保护环境，减少污染物排放，降低常规能源的消耗已经成为暖通空调行业必须面对的一个问题。而地源热泵的出现恰恰同时解决了上述两个问题。地源热泵空调系统是一种以水体或土壤为冷热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统共同组成的一种供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水热泵系统和地表水热泵系统。

1 地源热泵的工作原理

工作原理如下图1所示。制冷工况下，空调房间冷负荷连同压缩机的功所转化的热量被排入大地室外埋管换热器1 与换热器2(此时换热器2 在热泵机组中起冷凝器作用) 之间，通过管道连接成一个封闭回路，在水泵7 的作用下，水在回路中往复循环，在换热器2 中吸收制冷剂的热量，通过室外埋管换热器1 传入大地;供热工况下，从压缩机5 出来的制冷剂经换向阀8 作用换向,此时换热器2 转换成为热泵机组的蒸发器,循环水流经室外埋管换热器1 时吸收大地中的热量在换热器2 (蒸发器) 中释放给制冷剂。在室内同样既可以通过水的循环进行热量传递，也可以使制冷剂直接流经房间换热器6 与空气进行热交换。

图1 地源热泵工作原理图

2 地源热泵的运行状况

地源热泵在循环期间有3 个必需的环路和1 个可供选择的生活热水环路。

2.1 冷热媒水环路：把已调节好的冷热媒水分配到建筑物中的送风机，即末端。冷热媒水由循环泵提供动力。

2.2 制冷剂环路：热泵机组的压缩机推动制冷剂在回路里循环。③地下环路：水或防冻剂溶液在地表之下循环的封闭环路。冬季从周围土壤吸收热量，夏季向其放出热量。这些液体通过一台低功率的循环泵进行循环。④生活热水环路：将水从生活热水箱送到热泵机组的换热器进行循环的封闭环路。这个环路里的水也通过一台低功率的循环泵进行循环。

2.2.1 供热循环

在供热循环中，热量输入包括土壤热能、热泵压缩机能量及循环泵和送风机能量；热量输出包括空间供暖和生活热水。土壤热能和压缩机能量是主要的热量输入。回路中首先制冷剂蒸汽被压缩，它的温度和压力将会提高，增加的压力促使蒸汽在制冷剂系统里循环。热蒸汽进入换热器中，较冷的循环媒水吸收热蒸汽的热量后被输送到室内末端，从而提高了建筑物的温度。换热器里制冷剂的热量被带走后，蒸汽冷凝为液体，再通过节流装置后，变成低压低温的制冷剂液体流入蒸发器，再次被来自地下环路的热量蒸发，从而使循环继续进行。在供热循环中，循环泵将水或防冻剂溶液送入地下换热器，被较高温度的土壤加热。在水源热泵机组中，水———制冷剂换热器就像是蒸发器，将液体制冷剂变为蒸汽。

2.2.2 制冷循环

在制冷循环中，热量输入包括建筑物散热、压缩机能量及泵和送风机能量；热量输出包括生活热水和排向土壤的废热。在制冷循环中，出压缩机的热气体可被用来预热生活热水，其余的热量则被排向土壤。制冷循环中的热量输出通常都远大于生活热水所需要的热量。较热的室内空气（或冷媒水）经过蒸发器盘管，温度降低后被送入指定空间（或空调末端），这样就达到了室内降温的目的，制冷循环正好和供热循环相反。

3 地源热泵的特点

3.1 高效节能

由于地源热泵利用储存在大地中的能源，它具有其他能源无可比拟的稳定性，其一年四季变化较小。大地温度冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低,是极好的冷热源。 这种温度特性使得地源热泵系统比传统空调系统的运行效率要高40%左右。另外，大地储存能的稳定性特点，也使得热泵机组的运行更加可靠和稳定，保证了系统的高效性和经济性。

3.2 清洁环保

传统的热源都具有在燃烧过程中，其不可避免的产生各种废气，或者CO，CO2等温室气体。而地源热泵其工作过程仅仅是利用制冷循环中蒸发器和冷凝器的功能转换原理。不存在废气和温室气体的排放，对大气无污染，属于绿色环保技术。同时，地源热泵的应用可以大量的替代中小型锅炉房，具有十分积极的意义。

3.3 可再生性和应用的广泛性

地源热泵系统的能量来源-地球表面浅层，是一个巨大的太阳能集热器，收集了约47%的太阳能量，其储存规模远超人类每年所需能量的总和。且太阳能本身就是一种可再生能源，使得地层储存能也具备可再生性和可持续性。同时，地表浅层储存能不受地域限制，具有量大而面广、无处不在等特点。可以大范围的替代锅炉房，并应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，特别是别墅住宅的采暖及空调。

4 地源热泵的现状和发展前景

4.1 地源热泵的国外应用情况

地源热泵这个概念最早出现在1912 年瑞士的一份专利文献中。在20世纪50年代，欧洲和美国出现了研究地源热泵的第一次高峰。近20年来，地源热泵在欧美等发达国家取得了快速地发展，已成为一项成熟的应用技术。在美国，地源热泵空调系统占整个空调系统的40%，是美国政府极力推广的节能、环保技术。每年约提供8 000～11 000GW·h 的终端能量，具有十分的客观性。

4.2 地源热泵在中国的应用情况和发展前景

我国的地源热泵技术起步较晚，不过可喜的是正在有条不紊的向前发展。国内的地源热泵发展主要以地下水源采灌方式为主，而地下埋管方式做为热源的热泵系统形式，近几年才开始快速增长，且出现了应用于较大建筑规模的实例。目前在我国来说，技术上比较成熟、利用可行性较大、实施的工程项目较多的还是地下水热泵系统。这方面的设备厂家在数量和规模上也在不断增长。不过因为国内还没有颁布地源热泵机组的生产技术标准，且目前存在的技术标准不统一，设备质量参差不齐，在以上方面还有待提高。我国是一个能源大国，同时也是一个耗能大国，能源问题不仅制约着我国经济的快速发展，综合国力的提高，同时也是环境质量的风向标。地源热泵技术的出现为解决上述问题指明了一条道路，同时，这项技术在国外的成功应用也说明这条道路具有十分的可行性，我国地质环境的丰富性也为地源热泵的普及提供了条件。

5 结束语

随着能源和环境问题的日益突出，以节能和环保为主要特征的地源热泵技术在整个空调行业具有良好的发展势头。其节能和环保优势非常明显，作为一门新技术，为我国的可持续发展带来了契机。

参考文献：

[1] 徐伟等译.《地源热泵工程技术指南[M]》.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 殷平.《地源热泵在中国[J]》.现代空调（3）.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[3] 凃峰华，赵军， 朱强.《地源热泵的工程应用及环保特性分析[J]》.节能技术（3）.2010，（3）.

[4] 陆肖,嵇启春. 地下水源热泵优势及问题探讨[J]. 建筑节能, 2010,(09) .

[5] 田亚雷. 地下水源热泵采暖及与集中供热采暖的比较[J]. 河北工业科技,2011,(02) .