浅谈地源热泵空调系统

赵红娟

河北筑美工程设计有限公司（061001）

浅谈地源热泵空调系统

赵红娟

河北筑美工程设计有限公司（061001）

1 集中供热热源形式的演变

集中供热作为城市建筑采暖的基本原则，到目前为止已发展到相当高的水平，其中热电联产被认为是能源利用最有效的形式。但是，近年来由于技术经济的飞速发展，集中供热有了较大的改变。一方面，以锅炉房和热电站为中心的集中供热大力发展，另一方面，空调产品大量进入家庭，使得城乡居民的用电负荷急剧上升，特别是在夏季的用电高峰期，各城市均对民用供电系统进行了彻底改造。同时，也兴建了大批电站工程，以满足城市供电增长的需求，但是用电高峰过后，电站就被闲置，造成极大的投资浪费。冬季供暖和夏季空调都要消耗能源，而冬季供暖期和夏季空调供电期两个高峰期的持续时间均不长，造成民用热网和电网两个系统的利用率都不高。随着经济的发展，人民生活水平的提高，采暖与空调会越来越普及，冬季供暖和夏季空调会越来越普及，冬夏两个用能的高峰值对每个城市来说都会增大，两套系统的效率会进一步降低，行业综合效益进一步下降。

若冬季采暖和夏季空调用同一种能源—电，则情况会大大改变。如果采用冷暖空调，冬季采暖期按120 d计，夏季空调期按60 d计，则每年空调器使用时间为180 d，即3 320 h，那么，为满足空调电负荷而设的调峰电站的年运行时间将从60 d/年增加到180 d/年。新建的城市小区采用冷暖空调来达到冬季采暖夏季调温的目的，可大大减少锅炉房、热电站的重复建设，充分利用已建大型电站的能力，节约运行费及维修管理工作量。

一般来讲，纯发电的电站热效率较低，大型电站为35%左右，小型电站的热效率不到30%，考虑电网的损失，到用户的热效率也只有30%左右。因此，如果用电能直接转化为热能来采暖，像电热丝、油浴加热器、红外取暖器等,其综合效率将小于30%，从节能角度来说是不合理的，经济上是不可行的。采用热泵技术采暖，其效果就完全不一样。冷暖空调是利用热泵的原理，将室外的低温热量，通过电力做功，把室外的热量输送到室内，达到采暖的目的。通过热泵技术从室外环境中吸收热量采暖的能效比一般为3.4～3.7，也就是说，消耗1 kW的电力，可以从室外获得2.4～2.7 kW的热量，可以把3.4～3.7 kW的热量送到室内。

2 什么是地源热泵

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即:在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1 kW的能量，用户可以得到4 kW以上的热量或冷量。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能转化为有效的热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量。地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。从资料上看到:近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃。可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

图1 地源热泵工作原理及特点

地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水-水式或水-空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递,水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质是水或空气。

3 地源热泵同空气源热泵相比的优点

1）冷（热）源全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高出40%，从而节能和节省费用40%左右。

2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。

3）地源有较好的蓄能作用。

4 地源热泵有如下特点

1）地源热泵属于可再生能源利用技术。它是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400 m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可再生能源的一种形式。

2）地源热泵属于经济有效的节能技术。地能或地表浅层热资源的温度一年四季相对稳定，冬季它比环境空气温度高，夏季它比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高，因此既节能又节省运行费用。

3）环境效益显著。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，如果结合其他节能措施节能减排会更明显。

4）一机多用，应用范围广。地源热泵系统可供暖、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和空调两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖。