采暖空调领域地源热泵技术以及应用优势

采暖空调领域地源热泵技术以及应用优势1热泵技术1.1热泵的概念热泵，就是可以把热量由低温热源输送到高温热源的机械设备。热泵是消耗一定高品位能量，将低温热能提升为较高温度的热能。如果说热泵在运行过程中消耗的高品位能量为Q1，回收的低品位能量为Q2，那么输出的较高品位能量Q为Q1和Q2之和，热泵输出的能量Q与其所消耗的能量Q1之比，即热泵的输出功率与输入功率之比，称为热泵的性能系数，即COP值。COP=（Q1+Q2）/Q1。显然，此COP值是大于1的。而我们知道，锅炉、电加热器等普通制热装置的制热性能系数永远小于1。1.2热泵的分类按低温热源的来源进行分类，热泵可分为地源热泵、污水源热泵、工业余热源热泵等。按热泵装置原理进行分类，热泵可分为压缩式热泵、吸收式热泵、吸附式热泵。采暖和空调工程中主要采用压缩式地源热泵。1.3压缩式热泵的工作原理在冬季供热时，按制热工况运行，压缩机排出的高温高压蒸汽状的制冷剂流向冷凝器，在冷凝器中放热，将热量传给供热介质，然后通过膨胀阀节流降压，在蒸发器中蒸发吸热，吸收室外介质的热量。热泵制热原理如图1所示。在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，向外放热，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将冷冻水冷却。蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入。热泵制冷原理如图2所示。图1热泵制热原理图2热泵制冷原理1.4地源热泵的分类1）地下水源热泵：地下水源热泵技术分为直接式和间接式。直接式将地下水直接供给热泵机组，如图3（a）所示。间接式使用板式换热器把水源热泵的水源系统与地下水分开，如图3（b）所示。图3（a）地下水源直接式系统图3（b）地下水源间接式系统2）地表水源热泵：地表水源热泵技术采用比较好的地表水资源。地表水换热系统分为闭式和开式系统，开式系统又分为直接式和间接式系统。闭式地表水换热系统将塑料盘管抛入地表水源中，盘管内的中介水与地表水热交换，因此不需设置地表水取水口和排放口，对地表水不产生任何影响。如图4所示。开式地表换热系统直接抽取地表水，送入换热器或直接送入热泵机组进行换热，开式系统又分为开式直接系统和开式间接系统。如图5（a）、图5（b）所示。3）土壤源热泵：土壤源热泵是把换热管埋在地下土壤中，让循环水在换热管中流动，循环水经换热管管壁与土壤进行热交换。夏季地埋管换热器将热泵机组产生的热量释放到土壤中。冬季从土壤吸热并将热量提供给热泵机组。图4地表水源闭式系统图5（a）地表水源开式直接式系统图5（b）地表水源间接式系统1.5地源热泵的系统组成地源热泵系统主要由能量提升系统、能量采集系统和能量释放系统三部分组成。三个系统之间靠水或空气进行换热。1）能量提升系统。能量提升系统是指热泵机组，是地源热泵系统的核心设备，一般采用压缩式热泵。2）能量采集系统。能量采集系统是室外地热能换热系统，主要有地下水系统、地表水系统和地埋管系统。a.地下水换热系统：地下水换热系统主要由抽水井、回灌井、除砂器、管道阀门、潜水泵等组成，将地下水提取出来，完成换热后再回灌到含水层中。b.地表水换热系统：闭式地表水换热系统主要采用湖水、水库水，盘管外表面完全浸泡在水体中换热。开式地表水换热系统直接抽取地表水进行换热。c.地埋管换热系统：地埋管换热系统主要有地埋管换热器、循环水泵、定压补水装置和循环管路组成。地埋管换热器是由埋在地下的高密度聚乙烯管组成的封闭循环回路。3）能量释放系统。能量释放系统即室内末端循环系统，与其他采暖空调系统一致，再此不做赘述。2地源热泵技术的优势2.1经济地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵的核心技术就是利用地源（土壤、地下水、海水、湖水）温度夏季比环境温度低，冬季比环境温度高的特点，实现高效制冷、制热的功能。本技术自研究以来，已成功的应用于各类建筑，实现了建筑物夏季空调、冬季采暖、全年供热水的功能，与常规“制冷机+锅炉”系统相比，地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40%~60%。另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。2.2节能地源热泵系统产生的热量来自于地源能和建筑物室内排放的废热能，而这部分热能主要来源于太阳能和建筑物内设备与人体排放的热量，因此，地源热泵系统主要是充分利用了可再生能源。利用地源热泵技术制冷，与传统中央空调技术相比可降低能耗20%以上。2.3节水地下水和地表水做为低位热源时，地源热泵系统仅提取水中的能量，换热后水全部被送回去，不消耗水。2.4环保地源热泵系统的运行没有烟气、废水、废渣的排放，也无燃料的堆放场地。同时由于减少了制冷系统向环境排放的热量，因此，可降低建筑物对环境热污染