1、谈地源热泵及其在工程中的应用机理摘要：随着社会日益发展，工业、农业、国防，军事等各行各业取得了突破性的进展，能源问题是发展中国家的一大难题，随着我国体制改革的深入，继住房和医疗改革之后，供热及空调行业改革已成为与百姓生活密切相关的又一件大事。节能、环保已经不是一个陌生的话题，供热及空调行业采用可再生能源是当务之急。 中华人民共和国可再生能源法称可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。地源(水能、地热能)自然是供热及空调行业的可持续发展能源。关键词：热泵；地源热泵；节能；环保地源热泵分为水源热泵和土壤源热泵，其最大的优点是高效、节能、环保。水源热泵是利用深井水或
2、海洋、江湖水在冬季给室内间接提供热量；在夏季给室内间接提供冷量。其最大的优点是：可以减少空调系统在屋顶的使用面积，同时也减少了运行费用。土壤源热泵是广泛存在在浅层地层的再生能源，基本不受地域和气候的影响，其温度基本恒定、不大于 28。有别于地层 3 千米5 千米以下传统深层地热能。工作原理基本同水源热泵。由于各大设计院设计工作者对热泵机组的理解不到位，在实际工程设计中不愿意大胆尝试设计地源热泵机组，用户无法得到节能的实惠。为此首先谈一下热泵及热泵机组。热泵属于可再生能源利用技术，根据热力学第二定律：热泵是以电能作为动力，靠机械做功，将热量从低温物体转移到高温物体中的机械装置。也可以讲热泵是借鉴
3、水泵一词而来。水泵将水从低处递至高处，而热泵将低温位热能转换成高温位热能提供利用。热泵在本质上和制冷机相同，只是运行工况不同。两者区别在于热泵有制冷和制热两大功能，而制冷机只有制冷功能。热泵分类：热泵以能源来源可分水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵。水源热泵利用地下水、湖泊水、河水、工业废水为来源的热泵：土壤源热泵是利用地层内钻孑 L 埋换热管，通过土壤埋管换热的热泵；空气源热泵是利用大气为室内提供冷热量。热泵以新型制冷剂分：R407C、R410A、R134a 新型绿色制冷剂代替 R22。这样可以防止破坏大气中的臭氧层，是环保的使者。热泵以压缩机结构分：适用于大容量的多机头活塞式压缩机热泵、离心
4、式压缩机热泵、螺杆式压缩机热泵；适用于小容量的半封闭活塞式压缩机热泵、 ，全封闭蜗旋式压缩机热泵、直流变频压缩机热泵。热泵机组的组成，压缩机、冷凝器、蒸发器、四通阀(节流阀)或换向阀(只限于小容量的热泵)。为了便于设计工作者为用户进行工程设计，选择合理方案。将不同能源来源的热泵(水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵)比较如下：2008 年 3 月总第 153 期陕西建筑热泵 释放能源载体优点 不足之处 适用范围空气源热泵空气 1、领先科技，高效节能。2、相对水源热泵和土壤源可以减少初投资。3、随时享用，全程智能运行。4、安全环保。5、适用范围广。1、空气源热泵机型较大，占地面积大。2、噪声较高。3
5、、需要定期除霜。4、受室外环境制约。分体设计，装机位置不受限制，可安装在厨房、浴室、阳台、车库、地下室各处，适合高楼、别墅套房。水源热泵 水源：地下水，地表水，如江水、河水、湖水、水库水、海水等。1、属于可再生能源利用技术。2、便于计量和收费(电能在户内安装)。3、运行安全可靠(水体温度较恒定)。4、高效节能。5、灵活应用(可同时供冷和供热)。6、节约投资(不设冷冻机房，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统)。7、环境效益显著(节能实际上也是减少了污染)。l、向地下回灌水比较困难。2、增加了初期的勘测、钻孔、及地下管路敷设等费用。适用于写字楼、宾馆客房、银行、商场、学校、别墅、公寓等建筑。水源充足的
6、地区更适合采用水源热泵系统。土壤源热泵浅层地层土壤1、节能、运行费用低。2、一机多用，节约设备用房。3、环保、零污染。4、利用再生能源，可持续发展。1、地下埋管较困难，水平埋地管换热器占地面积大(大约 1.2m。埋地管m2 建筑面积)。2、增加了勘测及埋管的费用，初投资偏高。适用于写字楼、宾馆客房、银行、商场、学校、别墅、公寓等建筑。地域广阔的地区更适合采用地源热泵系统，例如：建筑周围的足球场，停车场，大型广场等。综上所述热泵机组的共同优势：节能、环保、经济、回收期短，当换热器初投资低时，投资回收期在 053 年，大多低于 2 年，当换热器初投资较高时，投资回收期在 235 年。而其他传统形式
7、的空调采暖系统回收期约在 10 年左右。结合实际工程和热泵机组的优点，应首选水源热泵，其次选择土壤源热泵，最后选择空气源热泵。下面我们来看看实际工程中热泵系统的应用机理，可以参考其原理图进行设计：1 水源热泵以电能作为动力，驱动压缩机做功，三个独立水系统(能量采集系统、能量提升系统、能量释放系统)各自循环。制冷剂在冷凝器中冷却释放能量，使循环水升温。制冷剂在蒸发器中蒸发吸收能量，使循环水降温。通过切换阀组，使流经冷凝器和蒸发器的两循环水改变流向，从而实现制冷和制热的功能。也可以说，制冷时地下水作为放热源，通过冷凝器将热量带走。制热时地下水作为供热源，通过蒸发器将热量取出。工作原理：见附图一室内
8、温度：冬季 18一 20，夏季 24一 26。具体工程中换热量的计算和传统的模式相同，比较简单，不再叙说。2 据有关资料介绍：5 米以下的土壤平均温度随各地的情况有所不同，但基本不会随季节的变化而变化，且约等于该地区的年空气平均温度，一般来讲地层 30mlOOm 之内为恒温层水温变化 139025“C。需要制热的冬季，其温度比室外的空气温度高；需要制冷的夏季，其温度比室外的空气温度低，这样，热泵工质与土壤温差在冬夏两季都保持在较高的水平上。可提高制热系数或制冷系数，也可以使土壤源热泵在夏季获得较低的冷凝温度；在冬季获得较高的蒸发温度。全年在较高的 cop 下运行。在实际工程设计中对埋管设计可参
9、照文献4。工作原理：见附图二土壤源热泵机组工作原理图特别说明：以上两原理图下的数据由热泵机组专业厂家提供，可供参考。由以上两种地源热泵的应用形式、系统组成可以明显知道，要比传统的空调形式、系统组成复杂一点，同时土壤源热泵在施工方面难度会大一些，是利用国土资源，而且需要地下面积会大的多。必须取得政府部门的支持和帮助。3 结论：(1)地源热泵是节能、环保、经济、回收期短的高效节能装置。(2)根据地域特点选择热泵的形式又是节能行之有效的关键环节，设计工作者和用户在选择次序上应该优先选择水源热泵，其次选择土壤源热泵，最后选择空气源热泵。(3)地源热泵项目是初投资偏高，回收期短的优化工程，作为一种高效的环保节能绿色产品，地源热泵在我国有着广阔的应用前景。它的应用将产生重大的经济效益和社会效益。根据我国能源发展现状大力推行地源热泵是顺理成章的，这样必须要有政府部门引导并为用户分担部分初投资费用，也是大有裨益的。参考文献：1 蒋能照空调用热泵技术及应用M北京：机械工业出版社。19982 陆耀庆实用供暖空调设计手册中国建筑工业出版社3 蒋能照、张华主编，姚国琦、寿炜炜副主编：家用中央空调实用技术 。机械工业出版社，2002 年。4 周倩、李新国等， 垂直埋管式换热器及周围土壤温度场的实验研究全国暖通空调制冷 2002 年学术年会论文集上册，P806。
