地源热泵基础知识_secret.docVIP

地源热泵基础知识 一、地源热泵系统原理 地源热泵是利用地下浅层地热资源的低品位能源，通过热泵技术获取可供空调使用的冷热水的空调系统。地源热泵是一个广泛的概念，根据地热的利用方式，分为水源热泵和土壤源热泵。二者不同之处是：水源热泵直接利用水作为热源，土壤源热泵需要通过换热器从土壤中获取能量。地源热泵空调系统通常由地源热泵机组、地热能换热系统、建筑物内系统组成。地源热泵机组与常用的水冷式冷水机组的工作原理基本相同，仅水源部分的温度有所差别。此外，地源热泵冷热工况的转换，一般是通过机组以外管道阀门的切换来实现的。地埋管换热器是地源热泵的重要组成部分。垂直地埋管方式，是在垂直钻孔内埋置U型换热管道，然后由水平管将U型管并联成系统，水从管道内流过并与土壤换热。垂直地埋管方式的主要特点是运行比较稳定和可靠。还有一种是水平地埋管方式。二、地源热泵系统工作原理地源热泵技术是利用浅层常温土壤或地下水的能量作为能源的新型热泵技术。该技术可以同时供暖和制冷，并且能够提供生活热水。利用水与地能（地下水、土壤或地表水） 进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。? ?地源热泵系统冬季代替锅炉从土壤中取出热量，以３０～４０左右的热风向建筑物供暖，夏季代替普通空调向土壤排热，以１０～１７左右的冷风形式给建筑物制冷。地源热泵技术节能效果显著，消耗１ ｋＷ的能量，用户可以得到４ ｋＷ以上的热量或冷量。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，是一种的理想的“绿色技术”。从能源角度来说，它是一种用之不尽的可再生能源。三、地源热泵的分类及其各自特点 地源热泵在国内也被称为地热泵。根据利用地热源的种类和方式不同可以分为以下３类：土壤源热泵或称土壤耦合热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）、地表水热泵（SWHP）。（一）土壤源热泵? ? 土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤源热泵系统主机通常采用水—水热泵机组或水—气热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管３类。? ? 垂直埋管换热器通常采用的是Ｕ型方式，按其埋管深度可分为浅层（＜ ３０ ｍ），中层（３０～１００ ｍ）和深层（＞１００ ｍ）３种。埋管深，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。总的来说，垂直埋管换热器热泵系统优势在于：（１）占地面积小；（２）土壤的温度和热特性变化小；（３）需要的管材最少，泵耗能低；（４）能效比很高。而劣势主要在于：由于相应的施工设备和施工人员的缺乏，造价偏高。? ? 水平埋管换热器有单管和多管２种形式。其中单管水平换热器占地面积最大，虽然多管水平埋管换热器占地面积有所减少，但管长应相应增加来补偿相邻管间的热干扰。水平埋管换热器热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工人员易找，又加上许多家庭有足够大的施工场地，因此造价就可以减下来。除需要较大场地外，水平埋管换热器系统的劣势还在于：运行性能上不稳定（由于浅层大地的温度和热特性随着季节、降雨以及埋深而变化）；泵耗能较高；系统效率降低。? ? 蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器２０％～３０％，但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所以有的文献将其归入水平埋管换热器。（二）地下水热泵系统? ? 在土壤源热泵得到发展以前，欧美国家最常用的地源热泵系统是地下水热泵系统。目前在民用中已经很少使用，主要应用在商业建筑中。最常用的系统形式是采用水—水式板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。早期的地下水系统采用的是单井系统，即将地下水经过板式换热器后直接排放。这样做，一则浪费地下水资源，二则容易造成地层塌陷，引起地质灾害。于是产生了双井系统，一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵系统的优势是造价要比土壤源热泵系统低，另外水井很紧凑，不占什么场地，技术也相对比较成熟，水井承包商也容易找。其劣势就在于：（１）有些地方法规禁止抽取或回灌地下水；（２）可供的地下水有限；（３）如水质不好或打井不合格要注意水处理；（４）如泵选择过大、控制不良或水井与建筑偏远，泵耗能就会过大。（三）地表水热泵系统? ? 地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。总的来说，地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行费用少等优点。但是，在公共用的河中，管道或水中的其他设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，这就会产生效率降低、制