地源热泵技术在暖通工程中应用

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1、地源热泵技术在暖通工程中应用　　摘要：地源热泵系统的能量来源于地下能源，通过发挥浅层岩体的储冷储热作用，实现对建筑物的供暖和制冷，被认为是目前可使用的对环境最友好、最有效的供热、供冷系统。本文介绍了各种地源热泵在暖通空调中的应用情况，指出地源热泵是节能环保型暖通空调技术，发展前景广阔。关键词：地源热泵；暖通空调；节能应用中图分类号：TU96+2文献标识码：A文章编号：引言当前，充分利用浅层地能已成为建筑工程中暖通空调节能的重要方向，作为进行转换取暖或制冷的新型清洁能源，地源热泵技术正在广泛应用于我国暖通空调领域，它基本不受地域和气候的影响，较传

2、统能源更为经济节能、清洁高效。因此，广泛推广使用地源热泵正在成为我国未来供暖与制冷替代能源的首选。1、地源热泵技术（GSHP）的原理8地源热泵是以地热作为热泵装置的热源或热汇来对建筑进行采暖或制冷的技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），即可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季和夏季，分别将地热能作为高温热源和低温热源，在冬季将地热“取”出来用于采暖或热水供应，在夏季将室内的热量提取后释放到地层中去。2、地源热泵技术（GSHP）的分类及应用地源热泵可以直接提供生产生活热水和用于采暖，也可以与电节能热泵和直接加热设备锅炉等联合使用，

3、对减少一次能源用量、环保和缓解用电峰谷差等都有好处。根据地源热泵所采用热源热汇的形式不同，可将其大致分为大地耦合式热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）和地表水热泵（SWHP）。2.1大地耦合热泵大地耦合热泵就是以地表浅层的土壤作为热源或热汇，它与传统的空气热泵（ASHP）相比，具有很多优势：（1）相对于地表的空气和水来说，一定深度地下土壤的温度全年波动较小，加上土壤对地表空气温度的波动具有延迟和衰减，因此在大多数情况下，比空气更适合作为热泵装置的热源和热汇，且能保证系统以较高的效率运行。（2）土壤作为热源和热汇，可以全部或部分的取代传统空调

4、系统中的冷却塔和锅炉，以减少对环境的“热污染”和空气污染。（3）与空气热泵相比，大地耦合热泵不存在除霜问题，且回收土壤的热量不需要风机，可以使系统的噪声等级下降。8（4）土壤的传热性能欠佳，需要较大的传热面积，导致占地面积较大。（5）在地下埋设管道成本较高，运行中若产生故障也不易检修。（6）土壤受热干燥后，其导热能力显著下降，夏季难以向外排热，成为不可逆运行（夏季不需制冷的地域是可行的）。2.1.1直接式和间接式大地耦合热泵大地耦合热泵根据其蒸发器端与大地换热形式的不同，分为通过热泵工质－水换热器的间接式系统（图1），及采用热泵工质在埋于地下的

5、盘管中直接膨胀的直接式系统（图2）。在间接式系统中，载冷剂或盐水溶液被用来在热源和蒸发器间传递热量，它与直接蒸发系统相比具有一定优点：减少了制冷剂冲灌量，还增加了热泵系统的灵活性，同时可使现场工程量降到最低并减免了制冷管路的安装；但其缺点在于：引入带有热交换器的额外流体环路，增加了初投资，也带来额外温降。需要针对运行工况优化设计盐水回路，此外用于载冷剂的流体性质也很重要。8在直接蒸发系统中，将蒸发器盘管直接埋入地下，可有效减少投资，尤其适合家庭热泵系统，它的一种典型安装方法是：使用一根或两根并行的3/4″铜管，每根长90m，分为作为名义上两缸或

6、三缸压缩机的地下盘管，这样从地下抽热比通常使用的间接式系统高。2.1.2水平式和垂直式大地耦合热泵水平热交换管的地下盘管由聚乙烯硬塑料管制成，并水平地敷设于土壤中。在这项技术中，管子的敷设深度和塑料管侧间距是两个重要参数。吸热地面应靠近待采暖的建筑物，土壤面积主要取决于土质、含水量和该处的太阳照射时间。塑料管间距越小则热利用效率越高，但热交换管量增大、费用上升，因此应做技术经济性考虑。土壤中铺设的管群最好分几组，单根管长最好不超过100m，否则消耗的泵功率将过大。热泵工质一般采用盐水溶液，即使在－15℃左右也不会冻结，低温的盐水溶液由土壤吸收热

7、量，然后传给热泵装置的蒸发器，再通过热泵过程，由冷凝器供给热分配系统。垂直热交换管就是其导管垂直安装在土壤中。导管由内外两根管子组成。外管的下端封闭，内管敞开，直径较小。在径向间距相同的情况下插在外管中。导管深度可达100m，并随地质、水文条件而变化。导管的材料除金属外，也可采用聚乙烯塑料管。当借助垂直导管吸取热量时，将载热剂经内管由上送至下，然后经内管和外管间的空间，再流回上方。在载热剂向上流动的过程中就吸取了仅靠导管四周的土壤热量。总之，大地耦合热8泵的热交换效果与砂土类型、含湿量、成分、密度和是否均匀紧贴换热面有关。管材、沙土及地下水的腐

8、蚀作用将影响传热和使用寿命。2.2地下水热泵地下水热泵是地源热泵的一个分支，也是迄今为止使用得最广泛的一种地源热泵技术。这种热泵是以地下深井水作为热源