地源熱泵節能性研究

屈高陽

【摘要】文章基于地緣熱泵的工作原理及地源熱泵系統本身的優缺點進行論述，主要對地源熱泵的節能技術進行相關的分析，指出當前地源熱泵技術存在的問題，并指明以后的努力方向，得出自己的觀點。

【關鍵詞】地源熱泵；節能；發展

地源熱泵技術廣泛應用于現代建筑中，很好的解決了人們在辦公和生活中的一些難題，針對電能和煤炭資源的使用做出了很好的分流作用，有效的減少了對大氣的污染，同時對新能源的開發利用也有了更好的促進作用。但在地源熱泵技術的發展中也陸續的暴露的一些問題，如何在地源熱泵中發揮更好的節能作用，更好的號召國家的節能減排，是目前存在的最大問題，本文結合一些實際的地源熱泵的使用單位，進行相關的論述，以期得到更好的實際經驗。

1、介紹地源熱泵的相關概念

地源熱泵技術是一項現代化的再生資源利用技術，起主要的工作原理是，利用地表較淺的地層地熱資源，通過相應的熱泵機組實熱能由低溫位向高溫位轉移的目的，最終達到建筑物實現制冷后者是制熱的目的。這一過程中，可能有適量其他能量的參與，比如電能的相關消耗，總體上是目前較為節能的可再生資源再生的一種利用方式。

1.1簡單介紹地源熱泵的工作原理

地源熱泵首先是熱泵的一種，它是卡諾循環和逆卡諾循環原理轉移冷熱量的設備。地源熱泵是利用淺層地表的地下水，地表水或者是土壤里面所蘊含的巨大的蓄熱蓄冷通過機組向建筑物內部提供冬夏兩季不同的供熱或者是供冷模式，實現在不同的季節提供不一樣的熱量或者是冷量。

1.2地源熱泵節能技術的兩種工作模式

（1）制冷模式

在制冷模式下，地源熱泵的做工對象是冷物質材料，建筑物內的熱氣是其做功的對象。發生的化學過程是汽化到液化，首先是蒸發期對室內熱空氣的蒸發，由風機盤管循環所攜帶的熱量儲存在冷媒中，在冷媒中循環同時再通過冷媒器中冷媒的凝聚，然后由水路循環系統，將冷媒所蘊含的熱量轉移到地表，地下水或者是土壤里，實現室內的熱量不斷的向地下轉移的目的，最終實現室內的溫度恒定在13度左右的室溫，完成對室內制冷的效果。

（2）制熱模式

在制熱模式下，壓縮機對冷媒進行做工，通過換向閥將冷媒流動方向更改方向。地表下的水，地表的的熱量或者是土壤的熱量都由地下的水路循環吸收到冷媒中，在冷媒循環的同時，冷媒蒸發器內冷媒的冷凝，這時候由風機盤管循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，在這一過程中，地下的熱量不斷的向上轉移，移植到室內過程中，最終的形式是將35度的風向室內進行轉送，完成制熱的效果。

2、分析地源熱泵節能系統的組成

2.1地源熱泵系統的組成

地源熱泵系統的組成由三部分組成，主要是由室外地能換熱部分，地源熱泵機組，和室內的空調輸出部分。其中主要的交換部分的構成形式是，水-水式-水-土壤或水-空氣式。通過地源熱泵機組的工作原理可以發現這樣一個現象，水和空氣是三個系統之間交換的主要介質，是熱量承載的主要載體，地源熱泵和地能之間交換的的熱介質是水，建筑采暖空調末端交換的熱介質是水或者是空氣。在三個系統中最為核心的是地源熱泵機組。本文主要解決的是其節能研究，下面針對的主要是地源熱泵的相關研究。

2.2地源熱泵的組成

壓縮機、蒸發器、冷凝器和節流閥組成了熱泵機組，熱泵于制冷的原理和組成部分及功能都是一樣的。下面針對不同部分進行相關的說明。

壓縮機：將氣體壓縮，在機組中將熱媒或者是冷媒壓縮后輸送，實現由低溫低壓處向高溫高壓處輸送的過程，是熱泵和制冷工作的中核心部位。

冷凝器：主要功能是制熱，是輸出熱量的設備，在蒸發器中吸收的熱量連同壓縮機所消耗的功的熱量在冷凝器中被冷卻介質帶走，達到制熱的目的。

蒸發器：是輸出冷量的設備，其作用是使經節流閥流入的制冷劑蒸發，吸收掉被冷卻的熱量，從而達到制冷的目的。

膨脹閥或者是節流閥：是開關機構，對循環工質起到節流減壓的作用，并適時的調節進入蒸發器的循環工質流量。

2.3地源熱泵的工作原理

地源熱泵的工作的主要過程是：壓縮器將外部空氣吸入內部，通過化學反應產生低溫低壓制冷劑蒸汽，并始終保持蒸發器內的低壓狀態，滿足了蒸發器內制冷劑液體的不斷在低溫下吸收載冷劑熱量沸騰的條件。吸入的蒸汽經過壓縮，起溫度和和壓力都升高，創造了制冷劑被液化的條件。高溫高壓蒸汽排入冷凝器后，在壓力不變地情況下，被水冷卻，溫度降低，進一步的凝結成液體，由冷凝器排出，從而形成制熱；高壓制冷劑經過節氣閥的時候收到阻礙，壓力下降，導致部分制冷劑液體汽化，吸收汽化潛熱，使其本身的溫度下降成為低溫低壓的濕蒸汽，在蒸發器中，制冷劑液體在壓力不變地情況下，吸收水的熱量，形成的低壓低溫蒸汽被壓縮機吸走，如此周而復始的往復循環，形成一定的制冷作用。

3、地源熱泵的分類

地源熱泵通常有兩種機組，他們有不同的組成、結構和功能。分別是地下水源熱泵和地表水熱泵系統。

3.1地下水熱泵系統

建造地下水抽取機組，將地下水井抽出地面，經過二次換熱后輸送至水源熱泵系統，中間將熱量提取或者是釋放一定的熱量，再由灌溉井輸回地下，完成熱量的釋放。

（1）地下水熱泵系統的優點主要是：

a、節省水源，操作簡單，無任何污染。整個完成制冷或者制熱的過程中，全程沒有任何污染，沒有任何水源的污染，對于水量也沒有消耗。

B、建筑成本低，不用任何冷卻水的建筑，占用面積少，不存在大范圍的使用占地面積，使用價值高，經濟利用價值高。

（2）地下水熱泵系統存在缺點

長期使用地下水進行制熱或制冷會在一定程度上造成地面下沉，造成一定的安全隱患。

3.2地表水熱泵系統的工作原理

（1）工作原理

利用抽水系統，直接將江河湖泊的地表水進行直接抽取或者是間接換熱的方式。利用其水源為地表水熱泵的主要原料進行使用。

（2）地表水熱泵的優勢

地表水較深的地方可以直接提供10度的左右的制冷，總體比起在地下鋪設管道的投資要很小，水泵的總體耗能較之地源熱泵要小很多，運行維修的成本也比較低，在比較溫暖濕潤的地區，一些湖水可以直接用來進行制熱。

4、地源熱泵節能系統的實際應用

4.1地源熱泵系統的應用條件

地源熱泵的機組使用系統是在地下較深的地方，為溫度的恒定奠定了一定的條件，基本上滿足了夏季制冷冬季制熱的需求。要確保地源熱泵的安全有效高效的運行，需要滿足以下條件。

a、擁有合適的地下淺表地下水，適宜的打井條件。

b、室外恒定溫度為10度至20度之間。

c、需用的制熱或者是制冷的總需要量趨于平衡。

d、供給保障溫度在5度至60度之間。

4.2地源熱泵系統的使用方法

一般家庭的使用和商戶的使用格式地源熱泵主要使用方式，在冷和熱的傳遞方式上有集中系統，分散系統和綜合系統兩種方式。

（1）家用系統

使用業戶使用自己的地源熱泵，水路和風管的使用，一般常見于小型的住宅和別墅的使用。

（2）中央配送系統

將地源熱泵機組設置在固定的房間內，使用各個輸送的管線對各個房間實施供給。

（3）分散系統

用戶自己單獨使用熱泵機組控制調節空氣，此系統的優點在于能夠單獨計量，反應在用電或者是其他數據上，使用于目前的獨立熱計量上面。

5、地源熱泵節能技術應用存在的問題及發展方向

5.1存在的主要問題

（1）地源熱泵技術的設計水平良莠不齊

由于最大化的追求利益，目前國內的地源熱泵的優秀設計還有一定的差距，就合格者來看，還有一定的距離，總體表現在對施工的嚴格要求和性能的設計上以及使用費用的維護上都有一定的差距。

（2）工程設計的監管上還存在一定的漏洞。

對于地源熱泵的監管，從實際使用意義上具有非凡的意義，隨著地源熱泵技術的不斷深入，國內對該系統的監管并沒有起到一定的作用，從工程設計到熱量和冷期使用周期變化上都有一定的變化，其監管的力度比價小，對一些地源熱泵的相關數據的掌握上還有一定的差距，造成了數據監管的不準確性。

（3）目前就與國內的建筑商來說，達到合格的地源熱泵的建筑很少。

5.2地源熱泵建造改進的方向

（1）加強技術的研究

要在政策上積極鼓勵相關專業人員對地層熱源的相關參數和地貌條件進行研究，對其相應的地熱蓄熱的程度進行分析，在技術上要鼓勵專業人員對含水層的熱質和交換的規律進行相關的研究，在技術方面促進其健康的發展。

（2）統一建設標準

地源熱泵的建設從標定的各個環節要嚴格實施統一標準，對其操作的步驟和操作方法實施完整的統一標準，同時對初始地溫的測試和含水層滲透流速度的計算方法也要在數據上進行統一的標準。

6、對于地源熱泵前景發展的展望

國際能源的發展呈現出了一定的趨向，那就是節能減排成為各國能源發展的主要方向，充分利用再生能源的優勢，最大效益化的減少污染的排放，對地源熱泵等可再生資源提出更高的要求。隨著我國基礎設施的不斷建設，學校和醫院的公益項目的擴大規模，可以預測我國的地源熱泵的市場是巨大的，隨著相關技術的不斷發展成熟，地源熱泵技術在采暖，制冷中的應用將發展更加迅速，在節能減排，支援現代化城市的建設有重要意義。

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