小型地源熱泵空調簡介

楊涌

摘要：本文主要分析了小型地源熱泵空調系統的相關特征和運用情況，通過相關分析可以進一步提高設備運用的效率，提高環境效益和經濟效益，僅供參考。

關鍵詞：地源熱泵;特征;可靠性;效益

一、地源熱泵空調系統的原理

地源熱泵系統是一種以大地作為低溫熱源的熱泵空調技術，其原理是依靠消耗少量的電力驅動熱泵機組完成制冷或供熱循環，利用大地溫度相對穩定的特點，通過深埋于地下的管路系統進行熱量交換，冬季通過熱泵把大地中的熱量取出對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用。夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用，從而實現制冷和供暖或制備熱水的要求。這樣在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，提高了空調系統全年的能源利用效率。系統由于采用了利用地下低位熱量的特殊換熱方式，從而具有普通空調系統不可比擬的節能環保優點。

（一）地源熱泵空調系列特點

1、屬再生能源利用技術

地源熱泵是利用了地球土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，地源熱利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

2、高效節能

地源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為7-15℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-32℃，水體溫度比環境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式及家用空調，機組效率提高。據我們所實施的工程經驗估計，設計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節約用戶30-40%的供熱制冷空調的運行費用。

3、節水省地、靈活安全

以土壤為源體，向其吸收或放出能量，即不消耗水資源，也不會對其造成污染。省去了鍋爐房，冷卻塔及附屬的油罐、蓄熱水箱等面積，節約機房空間。真正做到“一機兩用”。利用地下水熱泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了設備的利用率。無儲煤、儲油罐等衛生及安全隱患。

4、運行穩定可靠

地下土壤的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動，是很好的熱泵熱源的空調冷源，機組的運行工況穩定，由于散熱、取熱均依靠深層土壤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，更無結霜除霜之慮了，克服了家用空調因外界氣溫的變化引起的多耗電，效果差等弊端。機組主要零部件全部采用進口設備，維護簡單，主機運行壽命可達25年以上。不會產生冷量衰減，普通機組夏季極端高溫時冷卻塔散熱不利，制冷效果下降。地源熱泵機組由于工況穩定，所以可以設計簡單的系統，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低;自動控制程度高，使用壽命可長達25年以上。

5、環境效益顯著

地源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發電時，消耗一次能源并導致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節能的設備本身的污染就小。設計良好的地源熱泵機組折電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當于減少30%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上。地源熱泵技術采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質。沒有燃燒過程，避免了排放任何煙塵及有害物質，社會效益顯著。自由運用地熱資源，既解決了熱污染問題，又進一步提高能效比。沒有冷卻塔，減少冷卻塔水污染，杜絕“軍團病菌”對人體損害。

（二）冷、暖、熱水一體熱泵機組（DHW）選配

通過回收機組冷凝熱提供生活熱水，實現冷、熱、熱水三聯供功能，熱泵機組內置空調側、熱水側水力模塊，管路連接簡單。

工作模式：制冷、供熱、熱水、制冷+熱水、供熱+熱水

二、地源熱泵空調系統的組成

完整的地源熱泵空調系統由室內空調系統、地源熱泵機組和土壤換熱器三部分組成。

（一）土壤換熱器

它通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉下埋管中的流動，實現系統與大地之間的換熱。

1、水平埋管環路

當存在足夠的土地空間可供利用時，?？紤]采用水平環路，管路安置于挖掘成1.28米深的溝中（與凍土層深度有關），每冷噸需要的土地面積為68-135平方。

2、垂直埋管環路

當土地面積有限時垂直管路是理想的選擇，用U型配件連接的兩根管插入垂直孔中，每冷噸需要的土地面積為9-49平方。

3、水下盤管

當有可利用水源時，安裝池塘（湖）管路非常經濟，省去了鉆孔的費用，熱交換盤管很簡單的安放到池塘底部，安裝簡單方便。

4、開式環路

利用湖水、河水、地下水等這樣的自然水源作為冷熱源，從上游取水，經熱交換后返回下游;也可以從地下抽取地下水，經熱交換回灌至地下，不污染水質，在滿足最小水量的要求下，地下水或地表水源熱泵系統應用是非常經濟的一種系統形式。

（二）室內空調系統

室內空調系統可以采用任何常規中央空調系統形式。

（三）地源熱泵機組—HRHN、HRHH

地源熱泵機組利用土壤換熱器的冷熱源，進行熱泵工作，向室內空調系統提供冷熱水。

HRHN 四通閥切換的熱泵機組

HRHH 水路切換的熱泵機組

HRHN DHW 熱回收并內置泵組型熱泵機組

三、地源熱泵空調熱水機組與其他熱水設備費用對比

設在相同條件下，將1m³自來水從10℃加熱至55℃，需要45000千卡的熱量。

能源價格表：民用電：0.61元/度，商用電：1.00元/度，天然氣：2.2元/ m³，液化氣：5.175元/kg，管道液化氣：10.5元/ m³，人工煤氣：0.95元/ m³。

四、地源熱泵中央空調與其他常用中央空調對比

（一）技術特點對比

綜上所述，地源熱泵空調系統是最為環保節能的中小型多用途空調系統，可以有效減少鍋爐的使用，大大地降低了溫室氣體的排放來減輕溫室效應，有利于創造綠色環保的環境。

（作者單位：江蘇新世紀江南環保股份有限公司）