地源热泵系统讲座.doc

地 源 热 泵 系 统 讲 座序地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。一、 地源热泵系统原理1、地源热泵的定义地源热泵系统是一种机械式蒸气压缩/制冷循环的运行系统，该系统将热量排入地表层或从地表层吸收热量。地源热泵（GSHP）是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水、和地表水作为热源和冷源的系统，即地下耦合热泵系统（ground-coupled heat pump systems, GCHPs），也叫地下热交换器地源热泵系统（ground heat exchanger）。包括了地下水热泵系统（groundwater hear pumps, GWHPs），地表水热泵系统（surface-water heat pumps, SWHPs）。地源热泵通常还被称为：地热热泵系统（geothermal heat pumps, GHPs），地能系统（earth energy systems），地源系统（geound-source systems, GS）等。1997年以后，由ASHRAE统一为标准术语地源热泵（ground-source heat pump, GSHPs）。2、技术原理热泵技术是在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源的技术。它可以把不能直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的目的。利用低位热能的热泵技术可以节约燃料、合理利用能源、减轻环境污染，作为一条节能与环保并重的途径。有研究表明，与区域锅炉房的能耗比较，相同容量的热泵站的能耗：用河水（56. 6）作为低位热源时，年节煤率为12.6814.08%；用海水（1213.6）作为低位热源时，年节煤率为21.5939.98%；用工业废水（1820）作为低位热源时，年节煤率为3939.98%。热泵的效率与建筑物室内和室外环境的温差有关，温差越小，热泵的效率越高。有研究表明，从热泵机组冬季运行中除霜的角度来看，空气源热泵的使用不但与室外温度有关，而且与室外大气的相对温度密切关系，这大大限制了它的使用范围。采用地源热泵系统，由于土壤的温度比室外空气温度更接近室内的温度，若设计合理，地源热泵可以比空气源热泵具有更高效率和更好的可靠性。此外，因为相同体积流量水的热容是空气的3500倍，水与制冷剂的换热效果远好于空气与制冷剂的对流换热，因此地源热泵的换热盘管要比空气源热泵小得多，且地源热泵系统的构件较少，使其运行费用可以降低。二、地源热泵系统组成地源热泵中央空调系统一般由土壤热泵空调机组、室内末端设备和地下埋管换热器系统三部分组成。地源热泵空调机组是一种水冷式的供冷/供热机组。机组由封闭式压缩机、同轴套管式水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀（或毛细膨胀管）、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过滤器、安全控制等所组成。机组本身带有一套可逆的制冷/制热装置，是一种可直接用于供冷/供热的热泵空调机组。在冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内，再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内；在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷，尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。地源热泵机组采用标准构件，需要时各部件的修配和更换很方便。因为设计简单，并不需要高技术的操作工程人员的服务。唯一需要经常保养的是空气过滤网和凝结水盘的清洁。系统设计简单，灵活、安装快速。机组已在工厂组装好并自带温度控制装置，现场工作只是少量低压风管、电气连接装置不需要保温的水管的连接。管道可采用钢管、铜管或塑料管。维修方便快捷，机组结构坚固，寿命长久。热泵机组的功率系数（COP）可达到4以上，即1千瓦电输入，有4千瓦冷量输出的高效率。三、地源热泵与常规中央空调的比较项 目地 源 热 泵中 央 空 调溴化锂吸收式直 燃 机 组水冷机组+燃油（气）热水锅炉水 冷 机 组+电 热 锅 炉家 用 空 调占 地面 积机房占地面积小,可采用小机组灵活安装在各个房间,可不用专用机房。机房占用面积较大。需要冷冻房和锅炉房，占用面积较大。需要冷冻房和锅炉房，占用面积较大。安装在屋面或室外，安装烦琐，维修不便。设 备寿 命2 5 年1015年冷水机组20年冷水机组20年1 0 年燃油锅炉10年电锅炉15年水资源消 耗利用土壤和地下水的热量，不消耗水资源。夏季冷却水消耗量为循环量的1-2%，冬季供热的排污补水。夏季冷却水消耗量为循环量的1-2%，冬季供热的排污补水。夏季冷却水消耗量为循环量的1-2%，冬季供热的排污补水。不消耗水资源。能 源消 耗电能，能效比为4-6以上。燃油或燃气，能源利用系数80%。夏季：利用电能,能效比为3.5-4.5，冬季：燃油或燃气,能源利用系数80%。夏季：利用电能,能效比为3.5-4.5,冬季：燃油或燃气，能源利用系数90-95%。电能,额定工况下能耗比3.0-3.5,随气温不同有较大变化。环 境保 护无燃烧，无污染。有燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染。有燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染。无燃烧污染，冷却塔有一定的噪音和水霉菌污染。噪音较大设备维护和运行费用系统组成简单，运行费用低，维护方便，节约50-80%费用。水泵和冷却塔能耗较大,机组冷量衰减快,维护和运营费用高。需要制冷和加热两套机组和人员，运行维护复杂，锅炉房需要设置安全措施。需要制冷和加热两套机组和人员，运行维护复杂，冬季运行费用高。热泵性能受到气温影响大，运行费用较高。控 制灵活性可分区域控制，各区域可单独制冷或制热，互不影响。集中控制，不能单独选择制冷或制热。集中控制，不能单独选择制冷或制热。集中控制，不能单独选择制冷或制热。集中控制，不能单独选择制冷或制热。投 资可分期投资，根据需要逐台加装地源热泵机组。必须一次性投资。必须一资性投资。必须一资性投资。可分期投资。四、地源热泵系统的形式1、地下水系统（开环）地下水系统（开环）以地球作为自然热源及冷源的应用已近40年了，地下水系统吸取水井从地表土壤层中吸取热量，与地热泵机组的热交换器中的制冷剂进行热交换，然后由回水井回到地表土壤层或按当地规章简单排放。不管外界是冷或热，地下水的温度保持非常稳定（通常冬夏温差1之内），地下水系统很适用于已有水井的家庭或地下水源丰富的住家。当系统可以利用地下水时，安装的费用将是最低的，但由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。2、垂直系统（闭环）土壤源热泵空调系统是以大地为热源对建筑进行空调，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖，同时储存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温，同时储存热量，以备冬用。土壤热泵中央空调系统采用的是深层土壤（垂直埋管）形式。深层土壤（垂直埋管）形式埋管深度约60米左右，热源稳定且置于土壤中进行封闭式热交换而不抽取地下水，对地下水无污染，是目前主要采取的一种地源热泵形式。3、水平系统（闭环）与垂直系统性质一样，水平系统通过埋在地下的密封及耐压的塑质闭式管路系统，水或防冻溶液在管路中循环，管路放置于水平沟渠中，而不是放置于垂直孔井中，深度为1.2-1.8米，水平系统适合于面积比较空旷区域，在北方冬季应用有防冻处理。4、湖/地系统（闭环）是具有节能优点的最经济的闭环系统，这一系统利用附近的池或湖，与垂直系统及水平系统一样，水或防冻溶液在密闭的塑质闭式及耐压的塑质闭式管路系统中循环，管路系统侵入池中或湖中，而不是将管路放置于垂直井中或水平沟渠中，可以利用池或湖水的稳定温度，而且具有显著的散热性能，不需要钻井，只需少量的沟渠，费用降低。五、地源热泵系统的特点1、利用可再生能源，环保效益好。地源热泵系统不用抽取地下水，对环境无污染，无室外机，不于室外空气接触，又对建筑物里外无任何影响，是目前倡导的绿色建筑空调系统的典型代表。2、高效节能，运行费用低。地源热泵机组采用温度恒定的底下土壤或水源作为能源，能效比COP在3.54.5之间，比空气源热泵高出40%左右，运行费用比常规中央空调系统低40%50%，比空气源热泵系统低30%40%。根据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵系统平均可节约用户30%40%的运行费用。在电力等资源紧张的今天，使用地源热泵系统更符合国家建设节约性社会的要求。3、运行安全稳定，可靠性高。无燃烧设备，无爆炸隐患，使用安