机电工程中地源热泵技术应用研究

摘 要：最近几年该项技术成了国内建筑节能及暖通界热门的研究课题，迅速发展起来，地源热泵技术正被越来越多的人们所了解。文章就原理、优点等角度展开分析与研究，从低碳节能、环保、安全、便捷等方面，对于地源热泵技术的特点进行分析，从而达到对地源热泵技术的推广与应用。

关键词：地源热泵；可再生；低碳节能；维护费用低

地源热泵的工作原理地源热泵（也称地热泵）是有效的利用土壤的良好蓄热及蓄冷特性进行的热力学逆循环即利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种工程应用技术技术。地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水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。

一、地源热泵工作原理

在夏季供冷时，地源热泵技术利用地下环境温度较低的特点，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以冷风的形式为房间供冷。地源热泵与冷凝器直接与空气环境进行热交换的普通空调器制冷相比，比普通空调节能50%以上。在冬季供热时，地源热泵系统通过埋藏在地下的管道将储存在地下的热能通过传热介质吸收，作为逆循环中的低温热源，通过输入少量的高位电能使热泵压缩机完成逆循环，并向用户提供高品位的热能。根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。

二、地源热泵的优点

（一）地源热泵技术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，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，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，真正是量大面广、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一种形式。

（二）地源热泵属经济有效的低碳节能技术

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40%，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。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。

（三）地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。据测算，若安装地源热泵40万台，和采用“化石能源”比，相当于降低温室气体排放100万吨，和50万辆汽车的污染排放物。同时，热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度。

（四）地源热泵空调系统维护费用低

在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50～60%。地源热泵的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用。

三、地源热泵的缺点

地源热泵技术受限于当地地质条件，若地质为土壤层或沙层，钻孔费用相对便宜，采用较深的竖直埋管，节约投资、换热性能好、并可节约用地；若地质为卵石或岩石层，钻孔费用高且钻孔较难成功。

地源热泵的单井换热量受地质层含水的多少及水位的高低影响，水位高、含水量大单井换热量就大，反之就小。

由于单井换热量有限，所以地源井单井数量较多，因此影响初投资偏高。

四、地源热泵技术在运用中取得的收益

地源热泵中央空调系统是目前国际上最先进的中央空调系统，它的制热量/制冷量和所消耗的电功率之间的比值全年平均高于4.0以上，即输入1KW的电能，就能够得到4KW以上的热能。制热能耗量较其他采暖方式减少50%-70%；制冷能耗量较其他制冷方式减少40%-60%。因此，地源热泵技术会节省大量的运行和维护费用。

五、结语

随着现代科技的发展，环境和能源问题越来越受到国际社会和我国政府的重视，这使得暖通空调设计人员不得不寻找更先进、节能、环保的空调采暖技术。地源热泵技术作为一种可持续发展的绿色能源技术，其高效节能的特点完全符合节能减排的要求，再加上我国拥有着丰富的地热资源，所以，我们应该抓住这一良机，加速地热的开发利用，为我国可持续发展及环境保护做出积极贡献。

参考文献

[1] 王宇航，陈友明，伍佳鸿等.地源热泵的研究与应用[J].建筑热能通风空调，2004（4）.

[2] 刁乃仁，方肇洪.地源热泵—建筑节能新技术[J].建筑热能通风空调，2004（3）.

[3] 马最良，吕悦主编.地源热泵系统设计与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 张勇.热泵空调技术及应用[J].通用技术，2010（1）.

作者简介：朱国民，身份证号码：320722198609236038。

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