暖通工程中地源熱泵技術的應用探討

【摘 要】 隨著我國經濟的發展，人們的生活水平不斷的提高，對于暖通工程的要求隨之越來越高。地源熱泵技術是一種新型的節能供暖方式，在國外已經得到了廣泛的應用。本文將針對現代化的暖通工程中的要求，對地源熱泵技術的工作原理和應用模式等進行系統的概述。

【關鍵詞】 暖通工程；地源熱泵；應用模式；

一、地源熱泵概述

“地源熱泵”是利用地球表面的淺層地能進行供熱和制冷的新型能源利用技術，是熱泵的一種，熱泵是一種利用卡諾循環和逆卡諾循環原理轉移冷量和熱量的設備.地源熱泵通常是指能夠轉移地表土壤中的熱量或者冷量到所需要地方的熱泵設備.通常，熱泵機組都是用來為空調系統提供冷源或者熱源的.地源熱泵機組則利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內，一個年度形成一個冷熱循環。地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季土壤溫度比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵機組比傳統空調系統運行效率要高40%～60%，因此，地源熱泵機組要較傳統空調系統節能和節省運行費用40％－50％左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上冷量，所以我們將其稱為節能型空調系統。地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵系統相比，減少40％以上；與電供暖系統相比，減少70％以上；真正的實現了節能減排，減少了環境污染。

另外，地源熱泵機組可以一機多用，它可以用于供暖，制冷還可以提供生活熱水，一套系統可以替換原來的空調機組加熱水鍋爐設備兩套裝置或系統。地源熱泵機組的運行維護費用低，它的運行部件要比常規水空調系統少，因而減少系統的維護；另外，地源熱泵系統通常安裝在室內，不暴露在風雨中，也可避免遭到損壞，系統更加可靠，可延長使用壽命。地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，它的使用壽命可達50年。要比普通空調高35年使用壽命。它比傳統熱泵空調系統節省空間，沒有冷卻塔、鍋爐房等設備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產生附加經濟效益，改善了建筑物外部環境形象。地源熱泵系統的能量來源于地球表面土壤的自然資源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調”。被認為是目前可使用的對環境最友好和最有效的供熱、供冷系統。該系統無論嚴寒地區或熱帶地區均可應用。可廣闊應用在辦公樓、賓館、學校、宿舍、醫院、飯店、商場、別墅、住宅等領域。

二、地源熱泵的工作原理

如下圖所示：

1、制冷模式

在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過蒸發器內冷媒的蒸發將由風機盤管循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環同時再通過冷凝器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環轉移至地水、地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過風機盤管，以13℃以下的冷風的形式為房間供冷。

2、制熱模式

在供暖狀態下，壓縮機對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過蒸發器內冷媒的冷凝，由風機盤管循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，35℃以上熱風的形式向室內供暖。

三、地源熱泵技術在暖通工程中的應用模式

夏季運行制備生活熱水時，需打開夏季閥門，關閉冬季閥門，利用熱泵機組的冷凝熱預加熱生活用水，再通過電加熱器達到所需溫度。冬季運行時，需打開冬季閥門，關閉夏季閥門，使用系統循環水加熱制備生活用水。在不需要供暖時，系統可專門用來制備生活用水。

1、地源熱泵＋冰蓄冷模式

夏季運行，機組在晚上不需要供冷時，可以啟動蓄冰系統，將冷量儲存在蓄冰槽中，白天通過融冰來承擔部分冷負荷，從而降低了主機的負荷。夜間機組運行能享受到低谷電價的優惠政策，從而降低了運行成本，也減少了地下換熱的負擔，相應的地下換熱器工程量減少，從而也降低了系統的初投資。同時，它通過制冷提供了附加產品——熱水，它可以免費為我們提供生活熱水，達到節能的目的。

2、地源熱泵＋太陽能

冬季運行時，太陽能集熱器可以作為地源熱泵系統的輔助熱源，減小地下換熱器的負擔，提高制熱運行效率。在不需要供暖或熱負荷減小時，太陽能集熱器也可用來制備生活用水。夏季運行時，使用單一地源熱泵系統供冷，通過打開夏季閥門，關閉冬季閥門實現，此時太陽能集熱器可以用來制備生活熱水。在過渡季節，熱泵系統停止使用，太陽能集熱器全部用來制備生活熱水。

3、江水源熱泵

四、地源熱泵的優勢分析

1、高效節能

與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，土--氣/水型地源熱泵系統的轉換效率最高可達4.7。而鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內能轉換為熱量供用戶使用，因此它要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省1/2以上的能量，運行費用為各種采暖設備的30-70%。由于土壤的溫度全年穩定在10℃—20℃之間，其制冷、制熱系數可達3.5—4.7，與傳統的空氣源熱泵（家用窗式和分體式空調、中央式風冷熱泵）相比，要高出40%以上，其運行費用僅為普通中央空調的50—60%。夏季高溫差的散熱和冬季低溫差的取熱，使得土--氣型地源熱泵系統換熱效率很高。因此在產生同樣熱量或冷量時，只需小功率的壓縮機就可實現，從而達到節能的目的，其耗電量僅為普通中央空調與鍋爐系統的40%—60%。

2、節省建筑空間控制設備簡單

土--氣/水型地源熱泵系統采用將地源熱泵機組分散安裝于各處所（居室、會所、辦公室等）的方式，中央控制僅需選擇水路控制，除去了一般中央空調集中控制所有參量的復雜環節，從而降低控制成本。在各分散安裝單元（居室、會所、辦公室）可根據用戶要求設不同的體積很小的終端控制器，實現從最簡單（起停、供暖、制冷三檔）到復雜的可編程智能控制方式。

3、系統可靠性強

每臺機組可獨立供冷或供熱，個別機組故障不影響整個系統的運行。機組的運行工況穩定，幾乎不受環境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減，更無結霜除霜之慮。

結語

地源熱泵技術是一種新型的暖通技術，尤其是在北京奧運會之后的時間中，不僅在技術上，而且在應用效應方面都取得了長足的進展。現階段的地源熱泵技術是我國的綠色能源技術的重要組成部分，隨著現在能源的短缺以及綠色能源開發的要求不斷的提高。地源熱泵技術必將會受到更加廣泛的應用。

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