论地源热泵的特点与应用
【论文关键词】： 地源热泵; 空调; 制冷; 制热
【论文摘要】：针对目前空调系统的流行趋势，结合地源热泵系统在实际中的应用，详细阐述了地源热泵系统的性能特点、工作原理等。
地源热泵是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统。它利用土壤温度相对稳定的特点，依靠少量的驱动压缩机，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，具有传统空调系统无法比拟的节能、高效、环保等优点。地源热泵越来越被人们认同。
一、地源热泵系统的特点
1. 节能、高效性
地源热泵系统在提供100单位能量的时候， 70%的能量来源于土壤，30%的能量来自电力，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，即将土壤中的热量"搬运"至室内。它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；由于土壤的温度全年较为稳定，一般为10℃-20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5-4.7，与传统的空气源热泵相比，能效要高出40%以上。
2. 环保无污染
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，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。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。
3. 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。
4. 低运行费用
土-气型地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的低运行费用，比其他各种采暖和制冷设备节能30%-70%。使用寿命25年以上，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。
5. 应用灵活、安全可靠、用途广泛
灵活性强，可用于新建工程或扩建、改建工程，可逐步分期施工，热泵机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。从严寒地区至热带地区均适用。可为各类物提供冷暖两用空调系统，同时提供生活热水。
二、热泵工作原理
1. 制冷原理
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下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式向室内供冷。
2. 制热原理
在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，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冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气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。
三、地源热泵系统工作原理
地源热泵是一种以土壤/地下水作为低温热源的热泵空调技术，其原理是依靠少量的驱动压缩机完成制冷循环，利用土壤温度相对稳定（不受外界气候变化的影响）的特点，通过深埋土壤的闭环管线系统进行热交换，夏天向地下释放热量，冬天从地下吸收热量，从而实现制冷或供热的要求，由于系统采取了特殊的换热方式，使之具有传统空调系统无法比拟的高效节能优点。
地热能是一种无限的资源。许多在市郊的家庭或者其它物周围就是一个巨大的低温地热能量的"蓄水池"，这种资源被太阳、地球重新补充。与普通的系统相比，地热的技术能使你每月的费用节约30%到60%。 地热是你能购买的最安全，最清洁，最可靠的空调系统。
基本的地热资源主要有以下四种：
1. 建筑物周围有充足的可以利用的场地时，可以考虑用水平环路。 把管线布置在沟中，可根据场地长度在30到120米之间。
2. 建筑物周围场地面积受限制时，垂直的回路是理想的选择。 可利用钻井设备钻成深度为22到90米的深孔，然后将管线垂直布置。
3. 建筑物附近有一定深度的池塘、湖泊或海洋时，施工费用和运行费用会十分。 管线简单地布置在池塘或者湖的底部。
4. 敞开的回路系统是用地下水作为一种直接能源。 在理想状况下，应用敞开的回路是最经济的地热系统。
四、地源热泵系统的应用
20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。
目前，孤岛地区的资源利用方式总体上还是粗放的，经济发展对资源的依赖性较大，资源短缺和经济快速发展的矛盾日益突出，随着职工收入的增加，环保意识的增强，对生活质量的要求也有所提高，开始逐渐向绿色环保靠拢。在冬季供暖时，孤岛地区大多都采用水暖，每年都会消耗掉大量的煤炭资源，从节约资源实现可持续发展考虑，没有污染、节约能源的"绿色供暖"-地源热泵技术正逐渐取代"烟熏火燎"的传统取暖方式，进入人们日常生活。孤岛地区从2003年起就开始在一些居民小区试用地源热泵中央空调设施，凭借其在经济性、运行节能性以及占地面积等因素综合比较上极大胜于传统空调的优势，迅速发展。另外，胜利油田孤岛采油厂气管队工程也试用了地源热泵中央空调设施。
地源热泵采暖工程的造价比一般工程要高一些，但在生活当中用起来就比较省，不但节约资源，更重要的是绿色环保，这符合人们对个人高品质生活的要求，还可以在提高采暖质量的同时，增加房屋室内空间。孤岛芙蓉地热站，在2003年冬天投入运行，据测算，改用地热资源供暖后，仅芙蓉小区每天就可节约原油消耗8吨，一个供暖季可节约资金100余万元。
目前，对资源的循环利用、节能、绿色、环保已被国家放在经济发展的核心位置，国家建设部提出各地在建设领域可再生能源利用方面要重点抓好6方面工作中，第二项就是地源热泵、水源热泵在建筑中的推广应用。并确定了资源节约工作重点，即以提高资源利用效率为核心，以节能、节地、节水、节材和发展循环经济以及大力推进可再生能源建筑应用为重点。地源热泵技术将越来越多的应用于各项工程中。
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