地源热泵系统

分类描述
地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方,还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环系统,实现节能减排的功能。
地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源,由水源热泵机组、地热交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同,地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

原理编辑

地源热泵是利用进行供热制冷的新型能源利用技术,热泵是利用原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方,通常都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季把热量从地下土壤中转移到建筑物内部,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内部,只是冬夏两季工作的温度范围不同而已。
制冷模式
在制冷状态下,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。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中,通过风机盘管,以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。
制热模式
在供暖状态下,压缩机对冷媒做功,并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量,通过冷凝器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝,由循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中,以35℃以上热风的形式向室内供暖。

特点编辑

地源热泵优点
1、高效节能,稳定可靠
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,壤与空气温差一般为17度,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,这种温度特性使得地源热泵比传统运行效率要高40%~60%,因此要节能和节省运行费用40%-50%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量,用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量,所以我们将其称为节能型空调系统。
地源热泵系统运行原理图
2、无环境污染
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,真正的实现了节能减排。
3、一机多用
地源热泵系统可、制冷,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
4、维护费用低
地源热泵系统运动部件要比常规系统少,因而减少维护,系统安装在室内,不暴露在风雨中,也可免遭损坏,更加可靠,延长寿命。
5、使用寿命长
地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管,寿命可达50年。
要比普通空调高35年使用寿命。
6、节省空间
没有、锅炉房和其它设备,省去了锅炉房,冷却塔占用的宝贵面积,产生附加经济效益,并改善了环境外部形象。
地源热泵系统的能量来源于自然能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。
7、实现了水资源的循环利用
地源热泵热源的形式多样化,无论是干净清澈的地下水,资源量大而无法高效利用的海水,还是生活和工业生产废水,抑或者地表水,都可以高效的加以利用,实现太阳能量的转移。提高了水资源的循环利用率,一度解决了我国污水处理困难和淡水资源匮乏难题。同时避免了可再生资源的消耗,实现可持续绿色环保的发展战略。[1] 

历史编辑

地源一词是从英文“ground source”翻译而来,汉语的内涵则十分广泛,应包括所有地下资源的含义。但在空调业内,仅指地壳表层(小于400米)范围内的低温热资源,它的热源主要来自太阳能,极少能量来自地球内部的。
"地源热泵"的概念,最早于1912年由的专家提出,而该技术的提出始于英、美两国。
1946年美国在的波兰特建成第一个地源热泵系统。但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意,无论是在技术、理论上都没有太大的发展。
20世纪50年代,欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮,但由于当时的能源价格低,这种系统并不经济,因而未得到推广。直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机,它才开始受到重视,许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。这一时期,欧洲建立了很多水平埋管式土壤源热泵,主要用于冬季供暖。虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区,但是它也曾因为热泵专家不懂安装技术,安装工人又不懂热泵原理等因素,致使地源热泵的发展走了一段弯路。
随着科技的进步,关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格,地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。欧洲国家以瑞士、和等国家为代表,大力推广地源热泵供暖和制冷技术。政府采取了相应的补贴政策和保护政策,使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。上世纪80年代后期,已经趋于成熟,更多的科学家致力于地下系统的研究,努力提高热吸收和热传导效率,同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势,瑞士和瑞典的年递增率超过10%。美国的地源热泵生产和推广速度很快,技术产生了飞速的发展,成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。
从应用情况来看,北欧国家主要偏重于冬季采暖,而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似,因此研究美国的地源热泵应用情况,对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。

分类编辑

直接利用地下井水的地源热泵系统
其最大优点是非常经济,占地面积小,但要注意必须符合下列条件:水质良好;水量丰富;符合标准。
地下埋管的地源热泵系统
对于垂直式埋管系统,其优点有:较小的土地占用,管路及水泵用电少,其缺点是钻井费用较高;对于水平式埋管系统,其优点有:安装费用比垂直式埋管系统低,应用广泛,使用者易于掌握,其缺点有:占地面积大,受地面温度影响大,水泵耗电量大。
地表水式热泵
其优点有:在10米或更深的湖中,可提供10℃的直接制冷,比地下埋管系统投资要小,水泵能耗较低,高可靠性,低维修要求、低运行费用,在温暖地区,湖水可做热源,其缺点有:在浅水湖中,盘管容易被破坏,由于水温变化较大,会降低机组的效率。
混合型地源热泵系统
适用于空间小,不能单独采用地下埋管换热系统的建筑,冷却塔和闭环式系统相结合制冷,节省成本;事实证明该系统是高效率、低费用的。

结构编辑

地源热泵系统的组成部分
地源热泵系统由以室外系统,室内系统,机房系统三部分组成。也就是我们经常说的地源热泵空调三合一
地源热泵系统的室外系统
地源热泵系统的室外系统主要由地埋管,地埋管填料,组成。 地埋管是室外地下换热器,就是降水通过地埋管在地下循环,在底下进行热交换。 地埋管填料是地埋管的辅助材料,是为了让地埋管能够更好的在底下达到换热的效果。
地源热泵系统的室内系统
地源热泵系统的室内系统中包含连接水管,电动二通阀门组件和风机盘管(空调),以及地暖组成。 连接水管主要的作用是进行热水和冷水的输送。
电动二阀门组件的作用是控制热水和冷水的流量,以及水输送的断开和联通作用。
风机盘管是地源热泵空调中使用的组件,主要作用是进行室内热交换。
地暖主要的作用是进行室内的采暖。

换热系统

室外地热能换热系统主要类型包括:
1、地埋管换热系统
A.水平埋管环路
水平埋管环路通过水平埋置于地表面以下3-15m深的闭合地热能换热系统,与岩土体进行冷热交换。
水平埋管环路的地源热泵系统适合于地源制冷或地源供暖面积较小的建筑物,如别墅等小型单体。
B.垂直埋管环路
垂直埋管环路通过垂直钻孔埋置于地表面以下50-150m深的闭合地能换热系统,可与岩土体进行冷热交换。
垂直埋管环路的地源热泵系统适合于制冷供暖面积较大,但周围可利用埋管面积有限的建筑物,如写字楼、商务楼等。
2、地表水式换热系统
地表水式换热系统通过布置在水体内的换热系统,可与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。
地表水式换热系统适合于中小制冷供暖面积、临近较大水域的建筑物。
3、地下水式换热系统
地下水式换热系统机组内闭式循环系统经过,与水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。
地下水式换热系统适合地下水丰富,建筑面积大,周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。

热泵机组

水地源热泵系统以水或者添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。通常有水/水热泵、水/空气热泵等形式。热泵机组与传统水冷机组相比,具有更高的能效比。

建筑系统

建筑内系统即地源热泵的室内空调末端系统,可采用任何形式的常规空调系统。
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