耦合热泵技术的地热能利用研究

【摘要】文章在开始的时候对提供地热能利用率的意义进行了一个大概的阐述，然后引出对地源热泵技术的分析，进而探讨了耦合热泵技术的地热能利用。

【关键词】热泵技术，地热能，利用

一、前言

随着近年来热泵技术的快速发展，耦合热泵技术的地热能利用直接关系着热能利用的效果，在工作中加强耦合热泵技术水平的提高，可以保证地热能利用的质量。

二、提供地热能利用率的意义

开发利用地热能可以缓解我们对传统能源的依赖实现能源资源的多元化利用对加强国家在能源问题上的安全和独立有重要意义清洁能源。相对于煤、油等传统化学能源开发地热能对环境所造成的污染极少可再生能源。如果开发得当地热能可以被长期稳定利用利用上存在多样性。既可以用于发电也可以直接利用投入产出比高。其运行、维修费用相对较低。它不但可以长期供热而且供热时温度稳定无昼夜之分是很好的热泵热源和空调冷源。在过去短短的几十年时间里地热能的开发已经表现出强大的生命力。我国的地热资源十分丰富但分布较分散地热温度普遍较低。目前在利用中普遍存在着综合梯级利用程度低、排放温度偏高、利用效率较低等问题严重制约了地热能的进一步开发。研究地热利用的新方式开发地热能利用的新技术已是摆在能源工作者面前一个十分迫切的任务。

三、地源热泵技术

1、地源热泵原理

在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。地源热泵是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

2、地源热泵热源

地源热泵已成功利用地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源以及土壤源作为地源热泵的冷、热源。

3、地源热泵组成部分

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中地源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

4、地源热泵形式

（一）、按循环形式可分为

闭式循环系统、开式循环系统和混合循环系统。对于闭式循环系统，大部分地下换热器是封闭循环，所用管道为高密度聚乙烯管。管道可以通过垂直井埋入地下150-200英尺深，或水平埋入地下4-6英尺处，也可以置池塘的底部。在冬天，管中的流体从地下抽取热量，带入建筑物中，而在夏天则是将建筑物内的热能通过管道送入地下储存；对于开式循环系统，其管道中的水来自湖泊、河流或者竖井之中的水源，在以与闭式循环相同的方式与建筑物交换热量之后，水流回到原来的地方或者排放到其它的合适地点；对于混合循环系统，地下换热器一般按热负荷来计算，夏天所需的额外的冷负荷由常规的冷却塔来提供。

（二）、按室外换热方式可分为

垂直埋管--深层土壤垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M～400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物，周围有一定的空地，如别墅和写字楼等。该系统初投资较高，施工难度相对较大，但占地面积较小。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持。

5、地源热泵的优点

（一）、可再生性

地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量）；它又是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的平衡，地源热泵技术的成功使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为现实。

（二）、高效节能

地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18-32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30--40%的供热制冷空调的运行费用，1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。

（三）、环境和经济效益显著

地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出了75%。地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少38%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排。地源热泵夏天把室内的热量排到地下，冬天把地下的热量取出来供室内使用，相对来说，向环境排放更少的能量，维持生态环境的平衡。

四、耦合热泵技术的地热能利用

1、地热能发电

在加速开发深层热储的同时，国家又加大投资开始了地热电站的开发建设，有的已初具规模。云南腾冲热海热田也是我国著名的高温热田，在此建设万千瓦级地热电站。

2、地热能采暖（制冷）

利用地热水采暖不烧煤、无污染，可昼夜供热水，可保持室温恒定舒适。地热采暖虽初投资较高，但总成本只相当于燃油锅炉供暖的四分之一，不仅节省能源、运输、占地等，又大大改善了大气环境，经济效益和社会效益十分明显，是一种比较理想的采暖能源。目前我国供暖制冷面积已达2亿平方米。国家初步计划在未来5年，完成地源热泵供暖（制冷）面积3.5亿平方米，预计总市场规模至少超过1000亿元。建筑是能耗大户，而空调更是耗费了其中60%～70%的能量。地源热泵节能空调热平衡技术能为住宅综合节能50%～70%，运行费用为普通中央空调的50%～60%。 3、地热温室

全国地热温室面积目前已超过100万平方米，其中22%在河北省。全国有17个省区在进行地热水产养殖，鱼池面积达160万平方米。如北京的小汤山地热联营开发公司用5公顷地热温室种植绿菜花、紫甘兰、玻璃生菜等优特种蔬菜。湖北省英山地热开发公司地热养殖尼罗非鱼、淡水白鲳、草胡子鲶、甲鱼、牛蛙等，每年向社会提供大规格优质鱼种。河北省黄骅的中捷友谊农场建成我国北方最大的地热越冬鱼场。地热温室丰富了人民的菜篮子，为改善和提高广大人民群众的生活水平作出很大贡献。

五、结束语

通过对耦合热泵技术的地热能利用的分析，可以清楚的看出耦合热泵技术的重要性，一个工程的好坏就是由耦合热泵技术所决定的，所以一定要提高施工者的职业素质，完善耦合热泵技术的地热能利用。

参考文献

[1]杨爱，刘圣春.我国地源热泵的研究现状及展望.制冷与空调，2011

[2]朱春玲.土壤源热泵—一种节能的中央空调系统.2010

[3]马最良，吕悦.地源热泵系统设计与应用.北京：机械工业出版2011

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