浅谈地源热泵技术在生活热水供应中的应用

冉苇

摘要 本文对地源热泵的造型计算、工作原理、流程图与系统设计进行了分析，即要做到满足用户要求，也要提高能源的作用效率，将地源热泵的应用优势充分体现出来。

关键词 应用；热水供应；地源热泵技术

假设别墅设有游泳池、加热系统与室内热水提供系统。建筑直径526m，面积约3 000m2地下一层，地上三层。系统内全部热泵位于一层设备问。热水设备包含厨房洗脸盆5个、厨房洗涤盆5个、洗脸盆7个，带淋浴的浴盆5个。室内游泳池长度80m，宽度1_8m，三层高的别墅中，一层设备间内部存放全部热泵。用户要求游泳池与生活热水能够24小时全天候供应。

1.方案比较

1.1电热水器

电热水器具有操作简便、全球维修、无污染、初投资少等方面的特点。而电热水器的运行完全依靠电能，电力能源费用高，属于紧缺资源，不安全因素较多。

1.2燃气热水器

燃气热水器需要较高的运行费用，但初投资较少。对于厨房与卫生间较多的建筑物，可以以燃气热水器为主。但燃气热水器由于需要架设额外的燃气管道，一定程度上对室内的美观造成影响。同时，燃气自身就是一种重大的不安全因素，经过燃烧反应后会生成大量的一氧化碳气体，在室内设置电热水器存在着潜在的安全隐患。

1.3地源热泵

热泵是一种能够将低位热源热量转移至高位热源的装置。利用地面这一天然的冷热源，利用高位能原理对标上物质进行加热或制冷处理。在制冷过程中，地源热泵系统能够向地面释放自身热量；在制热过程中，能够将地面中的热量导入至热泵，实现热泵升温。热量从温度高的区域注入至温度低的区域，地源热泵利用该原理对现有能源进行利用，不需要第三方能源，运行费用大幅降低，但实投资大。另外，该技术还具有维护费用低以及使用寿命长等方面的优势，应用前景十分广阔。

地面热源能量来源十分广泛，作为一种低位热源，具有温床波动小、稳定性强等特点。经实验研究发现，地表以下10m左右封温度与全年平均气温相当，并且不随季节的变化而变化。土壤温度在时间维度上的变化呈余弦函数状分布，地层深度越深，温度波动振幅越小，在充分的地层深度条件下，该位置线以下的区域土壤温度处于恒定状态。在深度上，温度波动在时间上呈现出一定的延迟性特点，即温度上升至最大值所需要的时间与地表温度环境下该数值所需要时间相关一个相位。因此，在建筑物冬季，由于室外温度较低，地下土壤相比于室外空气明显更高，夏季则是相反的情况。以上所描述的土壤特性给地源热泵制热性能的发挥提供了良好的基础。而且冷凝温度与蒸发温度基本保持不变，使热泵能够长期维持稳定运行状态。

土壤温度相比于空气温度稳定性十分突出，一年四季均能够稳定运行，未任何形式的气候影响。处于恒定状态下的土壤温度能够保证热泵机组运行的稳定性与可靠性，同时也提高了系统经济性与高效性。由于地源热泵技术所具有的应用优势十分明显，已经成为了许多新型建筑在性能提升方面的理想技术。

2.经济性分析

某一特定热源实际热值计算公式为：

实际热值=热效率×热值

不同热源运行费用如下：

电热源热值效率3 600kJ/（kw.h）90%，实际热值3 240kJ/（kw·h），单价0.6元/（kw·h），运行费用31.14元；

天然气热值效率35 169kJ/m3，实际热值22 860kJ/m3，单价2元/m3，运行费用14.72元；

地源热泵热值效率36 006kJ/（kw·h），实际热值10 802kJ/（kw·h），单价0.6元/（kw·h），运行费用9.34元。

3.地源热泵工艺系统流程

地源热泵系统由用户侧分水器、蓄势水箱、地源热泵以及土壤换热器等分部构成。由于本实验所假定的建筑物内含有游泳池以及各种热水供应设备，需要设备维持全天稳定运行。整个系统内部共设置两台蓄热水箱，其中A箱收集热泵热水，在A水箱内水温下降至55℃以下时，自动打开热泵对A箱水进行加热处理，当水温恢复至55℃以上时自动注入B水箱，通过分水器将B箱水分送给用户。其中一路传送至游泳池再加热器中，对池水进行循环加热。一路作为一种热源在温水器的作用下混入自来水中。一路在干管循环的作用下，作为生活在热水与卫生器具用水供给用户。生活热水与游泳池循环加热水中的回水回流至A水箱，与水箱中原有的水相混合，当A水箱内水量不足时，自动加入自来水，循环加热则由热泵设备来完成。若B水箱在散熱作用下水温下降至55℃以内，需要在水泵的作用下将水重新输送加水箱A进行加热处理。

耗热量计算示例：

每一小时内建筑物耗水量依照卫生器具热水用量来计算，温度取4℃，不将其他方面的用水量纳入计算，只纳入浴盆热水用量。

热水耗热量计算公式：

4.结论

本文对地源热泵的有关原理与应用方法进行了详细的阐述，该技术能够在满足用户需求的同时又节约了用户的能源使用费用，充分利用地面热源这一无限资源，是节能型建筑的重要表现形式，应用价值值得推广。