暖通工程師《專業(yè)知識》重點輔導(10)

地源熱泵技術(shù)原理和優(yōu)點缺點

地源熱泵技術(shù)原理：

地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(電能)，即可實現(xiàn)能量從低溫熱源向高溫熱源的轉(zhuǎn)移。在冬季，把土壤中的熱量“取”出來，提高溫度后供給室內(nèi)用于采暖;在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來釋放到土壤中去，并且常年能保證地下溫度的均衡。

地源熱泵技術(shù)特點：

環(huán)保：使用電力，沒有燃燒過程，對周圍環(huán)境無污染排放;不需使用冷卻塔，沒有外掛機，不向周圍環(huán)境排熱，沒有熱島效應，沒有噪音;不抽取地下水，不破壞地下水資源。

一機三用：冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活熱水。

使用壽命長：使用壽命20年以上，是分體式或窗式空調(diào)器的2-4倍。

全電腦控制，性能穩(wěn)定，可以電話遙控，可以進行溫濕度控制和新風配送。

地源熱泵優(yōu)點：

1、地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)

地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地能(earth energy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

2、地源熱泵屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)

地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。

據(jù)美國環(huán)保署epa估計，設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

3、地源熱泵環(huán)境效益顯著

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量;屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。

4、地源熱泵一機多用，應用范圍廣

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng);可應用于賓館、購物商場、家電電腦辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。

5、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護費用低

在同等條件下，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護費用。地源熱泵非常耐用，它的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，其地下部分可保證50年，地上部分可保證30年，因此地源熱泵是免維護空調(diào)，節(jié)省了維護費用，使用戶的投資在3年左右即可收回。

此外，機組使用壽命長，均在15年以上;機組緊湊、節(jié)省空間;自動控制程度高，可無人值守。

地源熱泵缺點

當然，象任何事物一樣，地源熱泵也不是十全十美的，如其應用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響;一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同;采用地下水的利用方式，會受到當?shù)氐叵滤Y源的制約，實際上地源熱泵并不需要開采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不會對水質(zhì)產(chǎn)生污染。

什么是地源熱泵

地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”;夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

太陽能的47%被地表吸收，因此地表淺層蘊涵著大量取之不盡的能量，超過人類每年利用能量的500倍，并且不受地域資源限制，無處不在。由于近乎無限且持續(xù)恒定的特點，使得地能成為最易被利用的清潔、可再生能源。同樣，地下水、河流和湖泊中也吸收了大量太陽能。在地源熱泵系統(tǒng)中地球成為無窮大的“冷卻塔”或“鍋爐”。

傳統(tǒng)的地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)就是以水為承載能量的載體，將空調(diào)排放熱量散入土壤或從土壤中提取熱量供給室內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)。工作時的棄/吸熱過程中，系統(tǒng)勻通過可逆的逆卡諾循環(huán)，加以少量電能代價，就將地能得意數(shù)倍的利用。這根本區(qū)別于任何資源型能源，資源越用越少，而太陽卻天天升起。

地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。

地源熱泵技術(shù)的主要優(yōu)點

1.高效：一般空調(diào)對著空氣換熱稱為風冷熱泵，缺點在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在16℃左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點。

2.節(jié)能省費用：冬季運行時，cop約為4.2，即投入1kw電能，可得到4kw的熱能，夏季運行時，cop可達5.3，投入1kw電能，可得到5kw的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍;并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的用電能耗。比常規(guī)空氣源空調(diào)節(jié)能50%左右。

3.環(huán)保：供熱時沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。

4.舒適：因為地源熱泵機組供冷暖時都是通過冷熱水經(jīng)風機旁管(或地板管、墻埋管)交換完成的，所產(chǎn)生的冷氣和暖氣(或輻射熱)比常規(guī)空調(diào)的要更柔和的多，熱不易感冒。

5.節(jié)省占地面積：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了建筑物的外部形象。

6.安全：無燃燒設備，從而不存在爆炸、失火和中毒的隱患。

7.機組壽命長：熱泵機組長期在良好的低溫井水(16℃)下進行熱交換工作，可大大延長機組壽命。

8.一機多用：地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。

9.可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用;夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。

10.可分區(qū)控制：中央空調(diào)享受的檔次，又可達到單體空調(diào)局部控制的效果，不存在“大馬拉小車”。

地源熱泵節(jié)能主要體現(xiàn)

地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(電能)，實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源。其能量來源是低溫熱源，對環(huán)境沒有污染，效率高，能夠很地適應建筑物制冷和供熱的環(huán)保、節(jié)能要求。