【原】图文并茂：深度解读“地源热泵”

一、地源热泵概述

　地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备.地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。

通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的.地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环。

二、地源热泵的由来

"地源热泵"的概念，最早于1912年由瑞士的专家提出，而该技术的提出始于英、美两国。
北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。

三、热泵工作原理

作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。 

1、制冷模式：
在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。 

2、供暖模式:
在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

四、地源热泵组成

热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸气压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成：

1、压缩机：

起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏； 

2、蒸发器：

是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的； 

3、冷凝器：

是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的； 

4、膨胀阀或节流阀：

对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。
 
根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。

地源热泵系统组成

地源热泵系统主要分三部分（如下图）：

室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中地源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

五、地源热泵优点

1、高效节能，稳定可靠

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，因此要节能和节省运行费用40％－50％左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

2、无环境污染

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，真正的实现了节能减排。

3、一机多用

地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

4、维护费用低

地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。

5、使用寿命长

地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。 要比普通空调高35年使用寿命。

6、节省空间

没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

六、地源热泵特点

1、属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

3、环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4、一机多用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。

5、地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：

全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。

冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。

地源有较好的蓄能作用。 

地源热泵的分类

地源按照室外换热方式不同可分为三类：

• 地表水系统 

• 土壤埋盘管系统 

• 地下水系统

1、地表水系统

地表水地源热泵系统，由潜在水面以下的多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器，与土壤热交换器地源热泵一样，它们被连接到建筑物中。一 般情况下，只要地表水冬季不结冰，均可作为低温热源使用。我国有丰富的地表水资源，用其作为热泵的低温热源，可获得较好的经济效益。地表  水相对于室外空气是温度较高的热源，且不存在结霜问题，冬季温度也比较稳定。利用地表水作为热泵的低温热源，要附设取水和水处理设施，如清除浮游生物和垃圾，防止泥沙等进入系统，影响换热设备的传热效率或堵塞系统，而且应考虑设备和管路系统的腐蚀问题。

2、土壤热交换器系统

土壤是热泵良好的低温热源。通过水的流动和太阳辐射热的作用，土壤的表层贮存了大量的热能。土壤的温度变化不大，并有一定的蓄热作用。热泵可以从土壤表层吸收热量，土壤的持续吸热率(能量密度)为20-40w／m²，一般在25w／m²左右。土壤的主要优点是：(1)温度稳定，全年波动较小，冬季土壤温度比空气高，因此热泵的制热系数较高；(2)土壤的传热盘管埋于地下，热泵运行中不需  要通过风机或水泵采热，无噪声，换热器也不需要除霜；(3)土壤有蓄能作用。

3、地下水系统

地下水位于较深的地层中，由于地层的隔热作用，其温度随季节的波动很小，特别是深井水的温度长年基本不变，对热泵的运行十分有利，是很好的低温热源。但是如果大量取用地下水，会造成地面下沉和水源枯竭，因此以深井水作为热源时，应与“深井回灌”相结合，即采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”等蓄热（冷）措施，严禁采用直接取水无回灌的“抽水空调”。