地源热泵技术

1、地源热泵技术摘要众所周知，在太阳的辐射照耀下，地球成为太阳能的巨型“存贮器”，在地壳浅层的水体和岩土体中贮存了大量清洁的可再生能源，称为浅层地热能，简称地源。我国是一个人口大国，由于我国的人口众多，人们占有的资源比例比较少，近些年我国为了发展经济造成了大量的资源的浪费。然而地源热泵技术能够充分的把太阳能转换成电能、热能。地源热泵对于我国建立绿色中国具有一定的现实的意义。本文首先对于本文的研究背景和研究意义进行分析，然后在对于地源热泵的工作的原理进行分析，在分析地源热泵技术的应用进行分析，最后通过分析地源热泵技术的现状来展望地源热泵的前景。通过本文的研究以期我国地源热泵技术得到快速的发展。关键词

2、：地源热泵 原理 应用 发展趋势目录引言11.地源热泵技术所具备的特点以及其工作原理11.1地源热泵技术11.2地源热泵技术所具备的的特点11.3地源热泵技术的工作原理21.4地源热泵系统的分类21.4.1土壤源热泵系统21.4.2地下水源热泵系统31.4.3地表水源热泵系统32.地源热泵技术的应用42.1在暖通工程当中的应用42.2在暖通空调节能中的应用42.3在空调节能改造中的应用53.地源热泵技术发展现状以及前景63.1地源热泵技术发展现状63.2地源热泵技术发展前景6总结8参考文献9引言近几年来，我国在经济和科技上取得快速发展，公民对生活质量的要求也在逐步提高，在寒冷的天气中人们对暖气

3、的需求也越来也大，由于暖气的广泛需求、供暖设施及能源的问题，雾霾等恶劣天气变得越来越严重，为了防止问题进一步的恶化，国家有关部门必须采取措施来解决问题。中国大部分地区供暖主要燃料是煤，而当前设备对煤的利用率也低，我们寻找的供暖技术要求对环境的危害小。据最新研究表明地热源泵技术可作为新的供暖技术，它是一项新能源技术，能量的最终来源于太阳，太阳每天都以光的形式向地球传输能量，地表吸收能量并最终将太阳传送的百分之四十七保留下来，它会以地热的形式存在，这部分能量通过一定科学技术处理，可将这部分能量转化成热能，以供人们使用。由于太阳能无穷无尽，一旦这项技术成熟并广泛使用时，会大幅度提高人们的生活质量，为

4、建设绿色中国做出巨大贡献。因此这篇文章关于地源热泵技术做出详细论述，以期促进地源热泵技术在实际中的应用。1.地源热泵技术所具备的特点以及其工作原理1.1地源热泵技术地源热泵技术可以很好的实现地理管的热泵效果，由于地热能的交换形式不相同，所以要对其进行分析实验，按照实际情况的需求进行设置。主要的设置标准需要遵循的相应标准。地理管地源的热泵系统属于一种耦合系统的标准（closed-loopground-coupledheatpumpsystem），热泵系统是在实际生活当中为了方便工作的正常进行而设置的一个简易称呼，相比于土壤源地源热泵系统，地源热泵的叫法更容易理解，进行定义的时候，按照地下水以下的

5、热量源，以及建筑物里面的热量源，都可以称之为地源热泵系统。1.2地源热泵技术的工作原理根据载体的不同可以将地热源泵分为三类：地表水热泵、地下水热泵、土壤源热泵。从文字表面三者似乎有很大的不同，但是它们的供暖制冷原理却是一样的，用一种热交换的形式将地热源转换成目的能量源，由于能量转换较简单，所以可以进行推广。以学校为例，学校中安装许多地源热泵设备，比如地埋管、热水箱等等，用地埋管和其他相关设备作为桥梁实现能量从地源到学校间的传输，根据所需也可安装其他设备将地源热用到其它的方面。 1.3地源热泵系统的分类根据载体的不同可以将地热源泵分为三类：地表水热泵、地下水热泵、土壤源热泵。但是它们的供暖制冷原

6、理都是用一种热交换的形式将地热源转换成目的能量源。1.4.1土壤源热泵系统土壤源热泵能量来源于地表下的岩土，它的工作原理概括如下：由于液体的流动性好，所以利用比热容大的液体将岩土中的能量运输到地面。每一种热交换器都有自己的特点，垂直、水平热交换器很常见，还有一种蛇形的。因为垂直埋管热交换器可用于地下的不同深度处，所以垂直热交换器使用较广泛，相反水平埋管它只能在地表浅层，最深不超过3米，因此它的使用范围较窄。当遇到特殊的地理位置时比如场地太小，水平和垂直的的埋管热交换器就不能显现它的优势这时如果用蛇形埋管热交换器就可以解决场地小的问题，水平埋管普遍应用与地表浅层，最深不超过3米，可用串并联方式连

7、接。水平埋管工程费用低、工人施工简单、安装用地面积大，热泵工作状况在温度变化小的土壤层会更好。垂直埋管在土壤深层使用范围广，通常在十到一百米之间，常用U型垂直埋管或套管，设备安装用地面积小，土壤温度全年比较稳定，热泵运行稳定，但初投资大。螺旋型埋管兼用二者优点，但管道系统结构复杂、造价高、安装费用高，一旦系统出现故障维修成本大。1.4.2地下水源热泵系统地下水源热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统，通过从地下水中吸收或放出热量，以达到建筑物中采暖或制冷的目的。地下水地源热泵系统分为2种，一种是开式系统，另一种是闭式系统。开式地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组之后将井

8、水回灌地下。开式系统换热效果好,但热泵设备和管路易受到地下水的水质腐蚀和堵塞，最终影响系统运行，并降低效率。因此在实际工程中，更多的是采用闭式环路形式的热泵循环水系统，这种形式是采用板式换热器分隔开地下水与通过热泵的循环水，从而防止地下水中含带的泥沙、腐蚀性杂质等对热泵机组产生危害，同时还能防止对地下水造成的污染。地下水源热泵系统能够大大降低能源的消耗量、提高能源的利用率，方便人们的生活起居，夏天可以制冷，冬天可以制暖，有效代替传统的锅炉取暖及空调制冷，减少碳排放和避免臭氧层破坏，且占地面积小。往常采用的锅炉制热、空调制冷面临的人为因素、环境因素以及系统本身的种种原因，都需要花费额外的经济人力

9、去维修机器，而新型的地下水源热泵系统利用恒温的地下水，使整个运行系统流畅，提高了资源利用率。但是在实际工程中，地下水源热泵系统存在以下问题：首先要有稳定的地下水资源作为前提，而系统的更好运行与地下水的深度呈正相关，耗费的经济成本也与之呼应。目前掌握这项技术的国家有限，而中国正处于探索阶段，加上这项技术宣传力度不够，认可度不是很高，在执行方面也受到外界的质疑，给运行带来了一定的麻烦。同时，相较于其他地源热泵系统来说，地下水源热泵系统对地下水的影响是最大的，因此一定要考虑如何在合理有效利用地下水资源的同时保护好地下水资源。1.4.3地表水源热泵系统地表水源热泵系统的原理是利用地球表层上的现有水资源

10、，将其转化为可用能源为人类供暖、制冷的一种热泵方式。当人类生活的范围内存有大量水资源供其利用时可通过水泵和输配管路将水体的热量传递给热泵机组或将热泵机组的热量释放到地表蓄水体中。热泵机组需要与地表水进行连接才能实现能量的转换，地表水源有开式和闭式两种，两者水都需要通过热泵机或中间换热器，经换热后在离取水口一定距离的地点排入地表水体。为了提高换热器的使用年限，我们需要对水质进行勘测，因为水质差会加快机器的损坏。初期建设费用低，可以大规模建设。闭式系统需要一个装置进行转换能量，目前通常使用换热盘，换热盘可换地表水中的能量。在严寒的地区为了防止制热时循环介质解冻，要挑选一种抗冻能力强的介质。相对于传

11、统的取暖设备地表水源泵使用起来节能费用低、且后期维修费用低、维修操作简单。许多设备的使用都要考虑到地理因素，如果进入系统的地表水不作任何的处理，很有可能产生污垢、锈蚀以及由于微生物不断繁殖而产生生物粘泥这三大普遍存在的问题。 1.4地源热泵技术所具备的的特点相比于传统的燃煤锅炉来说地源热泵技术能量来源太阳，可以说是“取之不尽，用之不竭”，并且对环境危害也小。运用地源热泵技术主要有以下优点：（1） 因为太阳能具有“取之不尽，用之不竭”的特点，所以地热泵的能量来源也不会中断（2） 土壤表层有地热源，并且一年当中变化不大，但是它的用途会随季节变化，例如冬天可以利用地源热供暖，夏天可利用地源热制冷，这

12、就为人们的使用提供了便利，同时有相关科学实验证明，地热源的利用效率比传统的燃煤要高出一倍多，无论是环保还是利用效率上，很明显地热源都具有很大的优势。（3） 传统的燃煤供暖中，人们会用高价在居民楼中安装昂贵的设施，不仅不安全也不方便，而地热源在便捷方面具有很大的优势，使用时不仅安全而且造价也低。（4）可用范围广。传统的燃煤供暖大都用于城市居民，然而地热源水泵不仅可用在城市居民，还可用在农村、学校、商场等等。2.地源热泵技术的应用2.1在暖通工程当中的应用在地热资源发展初期，国外一些发达国家就已经意识到地源热泵技术的重要性，而政府机关也大力推行新能源使用，支持这项技术的应用，在国家的鼓励下也成立了

13、地热源泵协会。其中著名的代表就是美国，在这项新技术的发展中，美国一直引领各国走在发展前沿，在美国，各位高级官员包括总统在内，都在不同场合发表言论来介绍这项技术的优越性，来吸引大量投资者为这项技术的发展提供支持。地源热技术具有清洁环保的特点，不仅能供暖也能制冷，它兼备锅炉和空调的功能，但更环保绿色满足富人们对环境清洁度的高要求，因此被更多高档小区接受。正是因为国外许多国家眼界宽阔，加上对这项技术的扶持，许多国家的技术才处于领先水平，而美国更是这项技术的领头羊。大洋洲及欧洲许多国家都正在发展这项技术，组建科研团队，与我们毗临的日韩两国也不甘拜下风，也在持续发展新能源，而中国也势在必行，国家正在大力

14、发展地热源。发展地热源技术已经是许多亚洲国家的重点科研项目了，据权威社会调查，挪威和瑞士对地热源的利用率已经处于世界领先水平。在近代以来许多国家看到了这项技术的应用前景，地热源技术在未来的发展前景一片光明。2.2在暖通空调节能中的应用伴随我国国民经济的快速增长，节能减排已经成为建筑业发展的重要问题。在暖通空调节能方面，地源热泵系统因其良好的环保、节能特性得到了大力推广。由于在夏季排放到土壤热量过大，使土壤温度增加，导致地源热泵系统换热温差与稳定数值之间产生偏差，因土壤温度持续增加，将严重影响机组及制冷效率，为此，要尽快解决热堆积问题，使地热源泵系统正常运行。用冷却塔复合式地源热泵系统能够有效结

15、合使用地源热泵、冷却塔两种系统形式，此方式可对地源热泵系统运行缺陷进行有效改善，同时，还能有效控制地埋管用量，降低占地面积，对地埋管全面放热量、吸热量进行充分平整。为此，冷却塔复合式地源热泵系统在暖通空调节能中得到了广泛应用。作为一种高效、经济，且节能环保的技术，地源热泵系统在暖通空调节能方面得到了广泛应用。但在地源热泵系统实际使用中，因地埋管散热、吸热量差异等因素，导致土壤热平衡问题愈加凸显。一般情况下，地源热泵系统要求必须满足全年工况要求，如我国南方区域，建筑热负荷明显在冷负荷以上，因此，地埋管散热器内夏天向土壤内排放的热量要远远大于冬天由土壤内获取的热量，则北方区域反之。虽然土壤存有相应

16、的自我恢复能力，但在长期运转过程中，仍会导致土壤温度升高或下降，进而影响地埋管换热器的换热功能，影响地源热泵节能效果的发挥，更严重地会增大能耗。复合式地源热泵系统是指将地源热泵系统结合其他形式加热或散热系统使用的系统形式，该方式的应用，可对地源热泵系统的运行性能进行有效改善，是地埋管数量、占地面积减少的重要方式。目前以系统数量划分，可将冷却塔复合式地源热泵系统分为两种形式，即双系统、单系统。双系统形式的主要组成部分为冷水机组、地源热泵机组，冷水机组散热主要由冷却塔负责，热泵机组散热、吸热则由地埋管负责。单系统形式的主要构成部分为散热系统、地埋管系统。根据冷却塔与地埋管连接方式的不同，可将冷却塔

17、复合式地源热泵系统分为两种，即串联、并联式。以上两种形式各具特点，如串联式的特点为具有较为简单的结构、稳定的系统，且易于控制；并联式不存在冷却塔系统、地埋管系统互相干扰现象，在热泵机组运行内可单独用作冷源，可实现以上两个系统一起运行。在具体工程应用中，应根据实际情况，合理选择串联或并联形式。2.3在空调节能改造中的应用地源热泵通常情况下较易进行分区域控制方案的采用，由于该方案具有一定的灵活性，可根据其制冷或者供热的需要，避免在对一个小区域的空调而进行大机组的启动，从而使地热空调节能特点的进一步体现。并且不会由于一个区域机组的故障而影响其它区域设备的使用。对于新空调区域的增加，也具有一定的便捷性

18、。根据区域控制方案的划分以工程的实际情况相结合。实际工程中可以由一个房间作为一个分区域，根据需求与房价的大小来制定一台或多台地源热机组的布置，从而使系统的可靠性提升，也可使装机的容量适当的降低。通常情况下小的区域面积，机组数量越多，对于工程的造价也就相对增高。相对一些发达国家不会生产大规格的机组，依次来满足区域控制的需要。相较之下，国产的机组容量就普遍较，从而符合中央空调的设计与使用习惯。由于闭式环路水体之间存在着传热温差，对于只需要制冷的工程，通常不会应用闭式环路的地源热泵系统。虽然机组冷却水温相比冷却塔出水温度要低，其能效比也在相比之下有所提高，并且消除冷却塔所需的功耗。但是对于地下埋管需

19、要较大的投资，空调年运行的时间段而导致较长的投资回收周期。伴随着地源测水经过地下热交换器向土壤吸收相比土壤放热较为容易，在工程空调系统在运行时市场有机组高压保护自动停机的情况出现。对于此类型的工程，应该应用能效比较高的常规冷水机组，利用冷却塔排放热量。因此我们得出的结论是，相对冷热负荷的空调系统适合应用闭环系统，对于单冷或者单热的空调系统适用于开环式的热源泵系统。3.地源热泵技术发展现状以及前景3.1地源热泵技术发展现状 百度分享随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大，面临着传统能源带来的严重的污染问题，国家正在大力推动新能源的开发和利用。地源热泵随之也在我国呈现出了蓬勃发展的趋势，因为

20、它不像风能、太阳能等受自然条件的极大影响，而且拥有其他所有清洁能源的特点，不受地域条件（温度、地下水等等）的限制。 地下510米的土壤温度，可以达到当地的年平均气温，地源热泵系统把大地当成储热供冷、供暖体，夏季通过循环介质把地下的冷汲取出来供冷，同时把地上的热输入地下；冬季正好相反，可以汲取地下的热把室内的冷输入地下。地源热泵的cop（性能指数）可以达到3.54.5，相对于空气源空调系统而言节约60%左右的电能，这对于减轻电力供应紧张、环境污染和温室效应等都具有极大的作用。在我国的南方地区至今没有安装空调系统，而且大部分属于软土，承载力差，而且现代建筑越来越高越大，需要用桩基础处理地基，对于这

21、些地区使用地随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大，面临着传统能源带来的严重的污染问题，国家正在大力推动新能源的开发和利源热泵有很好的条件，不能再使用传统的空气源空调系统。因为地源热泵的高效清洁，在北方地区新的建筑正在推广使用地源热泵。地源热泵具有很大的发展潜力，拥有非常广阔的市场。但是在发展过程中存在着许多问题，对其全面的推广起到了严重的阻碍作用。 地源热泵在欧洲已经普遍应用，而且技术相当成熟并且形成相应的设计规范。因其初始投资很大，目前只在大城市有一定的发展，占用大量的地表面也是约束地源热泵推广的一大因素。在我国地源热泵的设计使用寿命一般在20-25年，实际上不到十年就会出现大量的问

22、题，甚至整个地源热泵系统都会瘫痪以至于报废。这其中存在着如下两个个问题： 地源热泵在设计前参数选取不准确，认真一点的设计单位会进行热响应测试，合理的选出地层导热系数，但有相当一部分只是象征性的或者根本不进行热响应测试，根据一般的土层导热系数保守的取一个值。地源热泵不像岩土基础勘察已经十分成熟，拥有丰富的周边资料，可以进行一些合理的类比或类推。 在施工过程时，理论上是回填原土较好，但钻进过程严重扰乱了土层特性，所以不能再简单的回填原土。我们需要考虑每一层土或岩石的导热性，回填具有相应导热性的材料，但这些材料同时必须具有一定的抗裂性、抗渗性能（埋管内循环液的温度会在037之间变化），才能保证回填料

23、的耐久性。也能防止地表水对地下水的污染，对埋管的腐蚀等等。而在实际施工过程，只是简单地把钻屑回填，不进行任何处理，这样的回填料会因膨胀收缩很快开裂，导热系数急剧降低，毫无抗渗性可言。 目前对于地源热泵更好的使用技术是用桩基础作为热交换器，这不仅可以节省钻孔费用，节约地表面积，而且具有很高的导热系数。目前国内仅有个别实验性的工程（在南京、宁波和上海），而且对于地源热泵系统和桩的承载效果没有后续的研究报道。各单位之所以不敢使用这种技术，是因为大家对这种使用技术的影响还没有搞清楚，而且一旦出事后果会十分的严重，这涉及地热、基础桩和材料的三个领域，不容易结合，而且现场试验会有很高的成本，这是阻碍能量桩

24、技术的主要因素。在欧洲已经有了能量桩相应的设计准则，而我国连一个真正完整的现场试验都没有。 当然目前国家开始加大对新能源的投入，这势必会促进地源热泵的快速发展。地源热泵是非常好的清洁能源，具有极大的发展前景，目前我们需要科研和生产单位互相合作，才能更好、更快的推进地源热泵的发展。 3.2地源热泵技术发展前景 在中央“节能减排”号召下，很多新型能源呼之欲出，位于地表浅层的地热能作为一种新型能源,正在逐渐成为实现可持续发展的重要途径。作为这一新能源的主要利用方式，地源热泵的环保特征非常明显,在，而且能效高，运行成本低，因此其开发利用的前景十分的广阔。浅层热能在利用地源热泵技术进行采集利用后,不仅可以供暖,还可以制冷。与其他能源相比,浅层地热能具有分布广泛、可循环再生、储量巨大、可就近利用等优点,是一种清洁能源。据统计测算，如果所有热能全部能得到有效的开发利用的话,预计每年可以节约标准煤2.5亿吨,减少排放二氧化碳5亿吨,浅层地热的具有广阔的前景。而目前,我国在推进浅层地热勘探、开发,推广应用方面取得了飞快的发展。据了解,建筑能耗目前约占我国总能耗的30%左右,这个比例还在不断增加,因此,在建筑节能领域推行太阳能、地热能等可再生能源前景广阔、近年来,已经呈现出较好的发展的态势。 总结在未来发展中，中国面临着巨大的能源压力。中国经济在保持较高速度增长的同时，必须考虑环保和可持续