地源热泵的研究与应用现状

冷冰

【摘要】 本文主要针对地源热泵系统的原理和常用空调系统方案的介绍以及加强地源热泵应用的策略进行简要分析，仅供参考。

【关键词】 地源热泵；工作原理；应用

一、地源热泵系统的原理

地源热泵是一项利用浅层地热能来进行制冷制热的新技术，热泵是利用逆卡诺循环的原理转移冷热量的空调设施。地源热泵通常是将建筑物的热量或者冷量暂时储存在到地下的土壤中，从而实现目标建筑物制冷或者采暖。地源热泵就是利用地下土壤巨大的蓄冷、蓄热能力，夏季把目标建筑物的的冷量转移到地下土壤中，冬季需要供暖时，再将夏季土壤中储存的热量取出供给建筑物，只是冬夏两季工作的工况不同。

1、制冷循环

在制冷模式下，地源热泵机组的制冷剂在蒸发器中通过热交换器吸收目标建筑物中的热量从而达到制冷的目的。蒸发器内制冷剂吸收热量之后变为低温低压的气体进入压缩机，压缩机对制冷剂压缩做功之后变为高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽进入冷凝器之后与地埋管换热器换热将热量转移到地下的土壤中，制冷剂在流经膨胀阀后变为低温低压的湿蒸汽再进入蒸发器吸热，从而完成了制冷循环。

2、供暖循环

在供暖模式下，地源热泵机组的制冷剂在冷凝器里放热，通过热交换器把热量转移到目标建筑物的中从而达到供热的目的。蒸发器中的制冷剂与地埋管换热器换热，将土壤中的热量吸收后变为低温低压的蒸汽，再进入压缩机中，压缩机对其做功后变为高温高压的蒸汽，高温高压蒸汽再进入冷凝器进行放热，这部分热量转移给目标建筑物从而实现供热的目的，制冷剂通过冷凝器后变为高温高压的湿蒸汽，再通过膨胀阀后变为低温低压的湿蒸汽，然后进入蒸发器吸热，从而完成了供热循环。

二、常用空调系统方案的介绍

1、其他能源如太阳能、水电等与地热源联合应用

为了更好的利用能源，节约能源，保护环境，也有专家学者进行了其它能源和地源热泵的联合应用方面的研究。太阳能辅助供暖的地源热泵的经济性进行了分析。在冬季，我国北方地区土壤温度较低，并且以热负荷为主，如果采用地源热泵供暖，则机组和换热器的前期投资比较高，连续运行的效率也较低，夏季运行时机组容量过大，造成浪费。可以利用太阳能集热器作为辅助能源，白天时，依靠地源热泵供暖，夜间利用太阳能集热器储存的热量，由地热和太阳能共同供暖，这样的方案比单纯用地源热泵供暖更经济节能。

2、风冷热泵空调系统

风冷冷水热泵空调系统与水冷机组空调系统的区别在于冷凝器的冷却方式不同，它是一种需消耗少量的电能，利用当地的室外环境，充分利用空气中的热能资源来冷却的冷凝器。其通过风冷冷水热泵系统制取冷热水供给空调空间使用的冷热量，比冷水机组节能。受自然条件的限制，尤其对于缺水地区，风冷冷水热泵空调系统得到了普遍应用，它往往能取代传统的空调方式，并能取得良好的制冷效果，风冷冷水热泵空调系统可以为用户进行夏季制冷和冬季采暖，冷暖两用，应用比较广泛。

3、地源热泵空调机组

地源热泵在空调系统中应用广泛。首先，它是一种利用回热循环的空调系统，它可以从建筑物内区回收热量用于外区，并且可以实现同时制冷和供热，从而使系统内部实现能量平衡。其次，地源热泵可以减少冷却塔和加热设备的运行时间，达到节能的目的。其中，水环热泵系统设备可以分散布置，一般不需要集中的制冷机房和空调机房，节省了机房占地面积。在家用中央空调系统中，地源热泵的优势是只需安装水管，管路简单、安装方便，运行费用低，可以节约大量能源，是今后户式中央空调的发展趋势。地源热泵可以在冬季和夏季向用户单元提供制冷与供热。在夏季，大多数地源热泵机组向用户提供冷量，热量通过冷凝器冷却后，冷却水由冷却塔进行冷却，蒸发器中的冷冻水供入用户进行制冷，水环路温度一般保持在32℃以下。在冬季，地源热泵供热时，由锅炉等加热设备进行加热，水环路温度一般保持在16℃以上。春秋两季地源热泵运转时，当用户有40%的供冷和60%的供热时，地源热泵系统的冷热源供给将趋于平衡，无需开启加热设备或冷却设备，系统水温可以保持在16～32℃间，为用户节约了大量电能。

4、一户一机回灌式地源热泵

当前，工程实践常用的地源热泵形式为一户一机回灌式地源热泵机组，该系统原理如图1所示，地源热泵系统在制冷与热状态下，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。由室外地能换热系统通过地下埋管吸收地下水或土壤里的热量，通过地源热泵机组系统内冷媒的蒸发，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/室内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，由室内的风机盘管将冷媒的热量释放到房间中。在地下的热量不断转移至室内的过程中，完成系统对家用中央空调的制冷与供热。如果靠近地下水资源丰富的地区，也可以选用水井作为地能資源。

三、加强地源热泵应用的策略

政府加强节能环保意识，加大投入力度。政府的引导是地源热泵发展的根本推动力，只有从政府层面强化节能意识，制定相关政策引导专业设计进入地源热泵市场，从源头提高系统可靠性与节能性，才能确保我国地源热泵系统的正确市场走向。明确国家各个部门职责划分，规范系统管理。加快研发适合我国地热能特点的热泵产品，构建统一的地源热泵标准体系。包括法规、技术标准、成套的技术等。开展对市场准入制度、工程质量验证与技术标准等前期研究工作，规范地源热泵市场。

建立数据库和信息系统，为地热能开发提供依据。科学调研，做好热能资源勘察评价，包括强化动态监测，建立地源热泵后评估系统。开展地源热泵大规模应用对岩土热平衡的影响等环境地质问题的评价研究，制定相关技术与政策管理策略，减少资源浪费、环境污染。

不断深化和总结经验，加强地热资源管理工作。政府部门应对开发应用地源热泵企业的资质进行评定和认证，在设计、施工和监测部门建立专项资质管理制度。

加强可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，加强示范项目管理，确保效果。通过在不同城市地区建立的示范工程总结经验，促进这个产业能的有序发展。通过政府调控，引导和拉动商业性投资、培育有良好资金基础、管理规范、技术先进企业成为行业优秀带领者，做大做强地热资源产业。

热泵应用企业加强科研投入，提高自主研发水平，配备专业的设计、施工队伍，并且具备专业的技术，加强行业自律，促进行业健康发展。举办行业交流会议，加强国内地源热泵企业与政府领导、专家学者之间对相关政策、热点话题、关键技术及从业经验的深入交流学习，促进行业健康发展。

积极探索地热能源开发方向，如对经济较不发达但地热能储藏丰富的我国西部地区进行地热能源开发，探索清洁能源替代传统能源的同时实现经济效益，是该技术的应用发展方向。另外我国夏热冬冷区气候带，居住建筑的热舒适度比北方更低，地源热泵基本不受气候影响，适合开发利用地热资源。

结束语

地源热泵是一种新型的空调技术，它具有节约能源，供热效果好等等优点，作为一门新兴的技术，它的发展和普及还需要我们研究人员和技术人员的不懈努力。在不久的将来，随着我国经济的不断发展及技术水平的提高，它在我国一定有广阔的发展前景。

参考文献

[1]武曈，刘钰莹，董喆，方莹，刘益才.地源热泵的研究与应用现状[J].制冷技术，2014，04：71-75.

[2]李高建，胡玉叶.地源热泵技术的研究与应用现状[J].节能技术，2014，02：176-178.

[3]李高建，胡玉叶，朱秀斌.地源热泵技术的研究与应用现状[J].制冷与空调（四川），2014，04：105-108.

[4]刘建龙.地源热泵优化控制系统研究[D].北方工业大学，2014.