试论地源热泵供暖空调技术

2016-12-12孙连华中油辽河工程有限公司热力工程所辽宁盘锦124010

中国新技术新产品 2016年1期

孙连华（中油辽河工程有限公司热力工程所，辽宁　盘锦　124010）

试论地源热泵供暖空调技术

孙连华
（中油辽河工程有限公司热力工程所，辽宁盘锦124010）

摘要：本文首先详细的分析了地源热泵供暖空调系统的技术原理和主要构成，同时明确了地源热泵供暖空调技术的主要优势，并比较和分析了其经济性能，从而促进地源热泵供暖空调技术的快速发展，并实现这一技术在我国的广泛应用。关键词：地源热泵；供暖空调；技术应用

地源热泵供暖空调是一类非常节能并且高效的空调系统，其主要利用的是如地表水、地下水和土壤等地下浅层的地热资源。地源热泵供暖空调系统会先输入少量的高品位能源，低温位热能慢慢转向到高温位热能，这样当冬季来临时，系统就可以向建筑物供暖了。当地源热泵系统每消耗1kW左右的能量时，用户便可以获得3kW作用的能量，在此过程中也不会产生废气、废水和废渣等废物，其是一种具有广阔应用前景的绿色能源。

1 地源热泵供暖空调的简述

1.1 地源热泵系统的主要构成。地源热泵空调系统都是由室内末端空调系统、地能换热系统和热泵机组这三部分构成的，室内末端空调系统和热泵机组与普通的热泵类似，它们都是地面系统；系统的最关键部分是地能换热系统，它是一类地下系统。热泵系统通常是由四部分构成的，即四通阀、冷凝器、蒸发器和压缩机，供暖是通过制冷剂的循环作用来实现的。地源热交换系统是由两个埋藏在地下的部分组成的，及热交换机和管路，其与锅炉的作用类似；末端空调系统也是由两部分组成的，分别为低温地板采暖系统和分机盘管系统。

1.2 地源热泵系统的分类。由于地源换热系统的差异性，我们可以将地源热泵系统分为以土壤为地源的土壤源热泵系统、以地下水位地源的地下水源热泵系统和以地表水为地源的地表水源热泵系统三大类，而我们在选择相应的系统方案时，应有专人先去深入的了解当地的水文地质条件，并且还要对比分析各个方面的因素，如建筑物的土地面积、建筑物的规模和高度、机房的面积、冷热负荷以及各地的规划要求等，并尽可能的降低系统的运行成本，力求以最低的成本来实现系统运行效率的最大化。

2 地源热泵的技术原理

在系统对建筑物进行能量释放或是供暖时，其主要是先提出去地源热泵中的热能，并将夏季富余的热能储存在地层之中，这样冬季来临时就可以使用这部分热能了。而为了在夏季很好的使用冷能，就也可以将冬季富余的冷能储存在地层中，地层的温度通常都是要保持不变的，那么环境与建筑物之间就可以进行能量交换了，地源热泵空调系统就可以对建筑物进行供暖了。空调进行制冷工作时，机组中的压缩机会先对冷媒做工，而所形成的气体会不断的转化成为液体，在此循环的过程中，蒸发器会将自身所产生的能量传递给冷媒，冷凝器的作用则是吸收掉水路循环传递给冷媒的能量，这样能量就从水路循环中转化到土壤中或是地下水中了。借助于风机盘管将室内的热量不断的转移到地下，这也就是对房间进行供冷的过程。空调进行制热工作时，机组中的压缩机先对冷媒进行做工，流动阀的方向随之被改变，而此时土壤或是地下水中的能量会被地下水路循环吸收去，冷凝器同样将能量传递给冷媒，在此循环的过程中就实现了冷凝的作用，这样地下的能量就被不断的转移到室内了，从而以超过35℃的热风实现空调供暖。地源热泵系统通过的也是冷凝器和蒸发器延伸到地下，从而与土壤或是地下水进行能量交换，系统借助于地能来实现对建筑的功能和制冷，具有节能和环保的双重功效。

3 地源热泵供暖空调技术的主要优势

3.1 充分的利用了可再生能源。与太阳能集热器的作用类似，地层浅表也能够将大量的太阳能收集起来，其总数大约是人类每年利用的能量的2倍左右，并且太阳能是可以被无限循环使用的，资源以及地域等因素也不会对其产生过程造成影响，可见，其是一种真正的可再生清洁能源。同时，气候也不会影响到地能的产生，其与深层的地热相比，最大的优势就是地址结构和资源的限制不会对其产生影响，冬天使用这一供暖空调系统时，系统是可以自动的储存冷能的，被储存的冷能可以在夏季继续使用，节约了资源，并且降低了成本。

3.2 节能高效。在普通的热泵系统中，外界的天气条件是一定会影响到机组的正常运行的。普通的热泵系统在冬季运行时，主机的供热量存在着不足的情况，那么就会降低其运行效率，就无法保证冬季时的供暖效果。在应用了地源热泵空调系统后，地能可以实现其与外界的换能过程，不会产生结霜的问题，并且温度就有较强的恒定性，因此，地源热泵系统的运行可以节约40%左右的成本，并且运行效率也要高出40%。由于地能的恒温特点，热泵机组的运行也更加的安全和稳定了，充分的保证了系统运行的经济性和高效性。

3.3 不会产生污染物。在土壤源热泵供暖空调系统的运行过程中，其是非常绿色环保并且没有污染的，无论是在冬季进行供暖还是在夏季进行供冷，其都是不会排放出任何污染物的，不会对建筑物产生负面影响，同时也不会向大气环境中排放污染物。其他类型的供暖空调系统是会产生水蒸汽或是热气的，而地源热泵供暖空调技术则不会对环境造成类似的污染。

4 源热泵供暖空调技术的经济性能

地源热泵系统能够真正的实现空调的制冷和供热功能，同时其也能给市民提供充足的热水，以达到一机多用的效果。一套地源热泵供暖空调系统可以有效的替代原有的锅炉和制冷机这两套装置，并且省去了冷却塔和锅炉房这两个场所，既节约了建筑的空间，同时也提高了建筑物的美观程度。另外，地源热泵供暖空调技术的另一大特点就是能够大大的提升一次能源的利用效率，其要高于传统空调运行的50%左右。而由于地源温度是具有一定的恒定性的，那么就会提升热泵机组运行的可靠性和安全性，降低了维护系统的成本，与制冷机和锅炉系统相比，其运行的成本得到了明显降低，是一种非常高效并且经济的绿色技术。地源热泵供暖空调系统的经济性能与很多方面的因素都是密切相关的，如不同的区域、价格、地质条件以及能源结构等，这些因素的差异都会直接的影响其经济性。我们对国外的一些经典案例也进行相关研究，地下耦合热泵系统的地下埋管费用很高，而其运行费用通常都是很低的，那么在4～7年的时间内就可以收回多出的投资成本了，与传统的空调系统相比，地源热泵供暖空调系统的平均服务费用也是较低的，具有非常良好的应用价值。