土壤源热泵技术及发展

1、土壤源热泵技术及发展一、土壤源热泵工作原理如图 l 所示土壤源热泵系统。夏季，即制冷工况时，热泵工 质在室内侧换热器的蒸发器将室内余热取出，在室外侧换热器 （ 大地盘管 ） 中进行热量交换， 将余热放至室外。 室内空气得到了 冷却；冬季，即在制热工况时。四通换向阀转换方向，热泵工质 在室外侧换热器内蒸发而从室外吸取热量， 在室内侧换热器中将 热量释放给室内空气， 实现向室内供热。 土壤源热泵以大地作为 热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换，二、土壤地源热泵特点1. 属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源 （通常小于 400 米 深）作为冷热源，进行能量转换的

2、供暖空调系统。地表浅层地热 资源可以称之为地能 （Earth Energy） 。是指地表土壤、地下水或 河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅 层是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47的太阳能量，比人 类每年利用能量的 500 倍还多。它不受地域、资源等限制，真正 是最大面广、 无处不在。 这种储存于地表浅层近乎无限的可再生 能源，使得地能也成为清洁的可再生能源形式。2. 属经济有效的节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定， 冬季比 环境空气温度高， 夏季比环境空气温度低， 是很好的热泵热源和 空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率 要高 4

3、0，因此要节能和节省运行费用 40左右。另外，地能 温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了 系统的高效性和经济性。 由图 2可以看出， 各地室外空气全年温 度变化较大。 这便使得空气源热泵的制冷、 制热量随季节变化而 波动幅度很大。在冬季最冷月，室外空气温度也达到全年最低， 空气源热泵的工质从室外吸取热量也变得愈发困难：夏季则相 反，最热月空气源热泵工质向室外空气放热则愈发困难。 这常常 使空气源热泵的制冷量、制热量达不到用户要求。3. 环境效益显著地源热泵的污染物排放， 与空气源热泵相比， 相当于减少了 40以上，与电供暖相比。相当于减少了 70以上，如果结合 其他节能措施

4、会更明显。 虽然也采用制冷剂， 但比常规空调装置 减少 25的充灌量。它属白含式系统，即该装置能在工厂车间 内事先整装密封好，因此，制冷荆泄漏机率大为减少。该装置的 运行没有任何污染， 可以建造在居民区内， 没有燃烧， 没有排烟， 也没有废弃物， 不需要堆放燃料废物的场地， 且不用远距离输送 热量。三、地源热泵空调有待于解决的问题1. 设备容量问题： 由于土壤的导热系数小， 埋地换热器的面 积会比较大，占地面积大。而各个地区由于具体条件的限制。单独依靠地源热泵空调系统无法满足设计要求。2. 初投资较大： 地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所 需的地面上管路和设备的投资， 还包括埋地盘管投资、

5、 埋地盘管 铺设投资，北方地区还要考虑防冻，水管要进行保温，也增加了 初投资。据统计，当土壤热交换器的投资较低时。投资回收期在 0.5 到 3年之间。大多低于 2 年：当土壤热交换器的投资较高时， 多数情况下投资回收期在 2到3.5 年之间。3. 土壤温度场的恢复问题： 随着地源热泵空调系统单独供热 或供冷运行时间的延长， 土壤内的温度场长期得不到恢复， 系统 将无法满足建筑物的冷、 热负荷要求。 尤其是对于冷热负荷相差 很大的地区， 从地下取热过多或向地下散热过多， 常年运行将会 对地下温度场产生影响。 水平埋管换热器系统的劣势还在于： 运 行性能上不稳定 （ 由于浅层大地的温度和热特性随着

6、季节、降雨 以及埋深而变化 ） ；泵耗能较高；系统效率降低。4. 维修不便：一旦埋地换热器发生泄漏。很难进行维修。5. 设计问题：由于目前对地源热泵地下换热器的传热模型还 没有形成成熟的理论， 各个研究机构对地下部分的传热机理依然 处于探讨阶段，因此在对埋地盘管进行设计时主要依靠经验数 据，而由于各个地区地质情况、 地下温度的分布情况等各不相同， 使得设计没有可靠的理论依据。6. 污染问题：地热资源主要包括地下水、土壤或地袭水等， 在利用上或多或少都会对其造成污染， 尤其对地下水体的污染问题比较突出，且地下水体一旦污染，恢复周期比较长（ 根据不同地区、不同地质条件，在停止污染后恢复期大约在 12年以上） 土壤源热泵是高效、节能、环保的新型空气调节设备。其利 用的