地源热泵节能性研究

屈高阳

【摘要】文章基于地缘热泵的工作原理及地源热泵系统本身的优缺点进行论述，主要对地源热泵的节能技术进行相关的分析，指出当前地源热泵技术存在的问题，并指明以后的努力方向，得出自己的观点。

【关键词】地源热泵；节能；发展

地源热泵技术广泛应用于现代建筑中，很好的解决了人们在办公和生活中的一些难题，针对电能和煤炭资源的使用做出了很好的分流作用，有效的减少了对大气的污染，同时对新能源的开发利用也有了更好的促进作用。但在地源热泵技术的发展中也陆续的暴露的一些问题，如何在地源热泵中发挥更好的节能作用，更好的号召国家的节能减排，是目前存在的最大问题，本文结合一些实际的地源热泵的使用单位，进行相关的论述，以期得到更好的实际经验。

1、介绍地源热泵的相关概念

地源热泵技术是一项现代化的再生资源利用技术，起主要的工作原理是，利用地表较浅的地层地热资源，通过相应的热泵机组实热能由低温位向高温位转移的目的，最终达到建筑物实现制冷后者是制热的目的。这一過程中，可能有适量其他能量的参与，比如电能的相关消耗，总体上是目前较为节能的可再生资源再生的一种利用方式。

1.1简单介绍地源热泵的工作原理

地源热泵首先是热泵的一种，它是卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷热量的设备。地源热泵是利用浅层地表的地下水，地表水或者是土壤里面所蕴含的巨大的蓄热蓄冷通过机组向建筑物内部提供冬夏两季不同的供热或者是供冷模式，实现在不同的季节提供不一样的热量或者是冷量。

1.2地源热泵节能技术的两种工作模式

（1）制冷模式

在制冷模式下，地源热泵的做工对象是冷物质材料，建筑物内的热气是其做功的对象。发生的化学过程是汽化到液化，首先是蒸发期对室内热空气的蒸发，由风机盘管循环所携带的热量储存在冷媒中，在冷媒中循环同时再通过冷媒器中冷媒的凝聚，然后由水路循环系统，将冷媒所蕴含的热量转移到地表，地下水或者是土壤里，实现室内的热量不断的向地下转移的目的，最终实现室内的温度恒定在13度左右的室温，完成对室内制冷的效果。

（2）制热模式

在制热模式下，压缩机对冷媒进行做工，通过换向阀将冷媒流动方向更改方向。地表下的水，地表的的热量或者是土壤的热量都由地下的水路循环吸收到冷媒中，在冷媒循环的同时，冷媒蒸发器内冷媒的冷凝，这时候由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收，在这一过程中，地下的热量不断的向上转移，移植到室内过程中，最终的形式是将35度的风向室内进行转送，完成制热的效果。

2、分析地源热泵节能系统的组成

2.1地源热泵系统的组成

地源热泵系统的组成由三部分组成，主要是由室外地能换热部分，地源热泵机组，和室内的空调输出部分。其中主要的交换部分的构成形式是，水-水式-水-土壤或水-空气式。通过地源热泵机组的工作原理可以发现这样一个现象，水和空气是三个系统之间交换的主要介质，是热量承载的主要载体，地源热泵和地能之间交换的的热介质是水，建筑采暖空调末端交换的热介质是水或者是空气。在三个系统中最为核心的是地源热泵机组。本文主要解决的是其节能研究，下面针对的主要是地源热泵的相关研究。

2.2地源热泵的组成

压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成了热泵机组，热泵于制冷的原理和组成部分及功能都是一样的。下面针对不同部分进行相关的说明。

压缩机：将气体压缩，在机组中将热媒或者是冷媒压缩后输送，实现由低温低压处向高温高压处输送的过程，是热泵和制冷工作的中核心部位。

冷凝器：主要功能是制热，是输出热量的设备，在蒸发器中吸收的热量连同压缩机所消耗的功的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。

蒸发器：是输出冷量的设备，其作用是使经节流阀流入的制冷剂蒸发，吸收掉被冷却的热量，从而达到制冷的目的。

膨胀阀或者是节流阀：是开关机构，对循环工质起到节流减压的作用，并适时的调节进入蒸发器的循环工质流量。

2.3地源热泵的工作原理

地源热泵的工作的主要过程是：压缩器将外部空气吸入内部，通过化学反应产生低温低压制冷剂蒸汽，并始终保持蒸发器内的低压状态，满足了蒸发器内制冷剂液体的不断在低温下吸收载冷剂热量沸腾的条件。吸入的蒸汽经过压缩，起温度和和压力都升高，创造了制冷剂被液化的条件。高温高压蒸汽排入冷凝器后，在压力不变地情况下，被水冷却，温度降低，进一步的凝结成液体，由冷凝器排出，从而形成制热；高压制冷剂经过节气阀的时候收到阻碍，压力下降，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的温度下降成为低温低压的湿蒸汽，在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变地情况下，吸收水的热量，形成的低压低温蒸汽被压缩机吸走，如此周而复始的往复循环，形成一定的制冷作用。

3、地源热泵的分类

地源热泵通常有两种机组，他们有不同的组成、结构和功能。分别是地下水源热泵和地表水热泵系统。

3.1地下水热泵系统

建造地下水抽取机组，将地下水井抽出地面，经过二次换热后输送至水源热泵系统，中间将热量提取或者是释放一定的热量，再由灌溉井输回地下，完成热量的释放。

（1）地下水热泵系统的优点主要是：

a、节省水源，操作简单，无任何污染。整个完成制冷或者制热的过程中，全程没有任何污染，没有任何水源的污染，对于水量也没有消耗。

B、建筑成本低，不用任何冷却水的建筑，占用面积少，不存在大范围的使用占地面积，使用价值高，经济利用价值高。

（2）地下水热泵系统存在缺点

长期使用地下水进行制热或制冷会在一定程度上造成地面下沉，造成一定的安全隐患。

3.2地表水热泵系统的工作原理

（1）工作原理

利用抽水系统，直接将江河湖泊的地表水进行直接抽取或者是间接换热的方式。利用其水源为地表水热泵的主要原料进行使用。

（2）地表水热泵的优势

地表水较深的地方可以直接提供10度的左右的制冷，总体比起在地下铺设管道的投资要很小，水泵的总体耗能较之地源热泵要小很多，运行维修的成本也比较低，在比较温暖湿润的地区，一些湖水可以直接用来进行制热。

4、地源热泵节能系统的实际应用

4.1地源热泵系统的应用条件

地源热泵的机组使用系统是在地下较深的地方，为温度的恒定奠定了一定的条件，基本上满足了夏季制冷冬季制热的需求。要确保地源热泵的安全有效高效的运行，需要满足以下条件。

a、拥有合适的地下浅表地下水，适宜的打井条件。

b、室外恒定温度为10度至20度之间。

c、需用的制热或者是制冷的总需要量趋于平衡。

d、供给保障温度在5度至60度之间。

4.2地源热泵系统的使用方法

一般家庭的使用和商户的使用格式地源热泵主要使用方式，在冷和热的传递方式上有集中系统，分散系统和综合系统两种方式。

（1）家用系统

使用业户使用自己的地源热泵，水路和风管的使用，一般常见于小型的住宅和别墅的使用。

（2）中央配送系统

将地源热泵机组设置在固定的房间内，使用各个输送的管线对各个房间实施供给。

（3）分散系统

用户自己单独使用热泵机组控制调节空气，此系统的优点在于能够单独计量，反应在用电或者是其他数据上，使用于目前的独立热计量上面。

5、地源热泵节能技术应用存在的问题及发展方向

5.1存在的主要问题

（1）地源热泵技术的设计水平良莠不齐

由于最大化的追求利益，目前国内的地源热泵的优秀设计还有一定的差距，就合格者来看，还有一定的距离，总体表现在对施工的严格要求和性能的设计上以及使用费用的维护上都有一定的差距。

（2）工程设计的监管上还存在一定的漏洞。

对于地源热泵的监管，從实际使用意义上具有非凡的意义，随着地源热泵技术的不断深入，国内对该系统的监管并没有起到一定的作用，从工程设计到热量和冷期使用周期变化上都有一定的变化，其监管的力度比价小，对一些地源热泵的相关数据的掌握上还有一定的差距，造成了数据监管的不准确性。

（3）目前就与国内的建筑商来说，达到合格的地源热泵的建筑很少。

5.2地源热泵建造改进的方向

（1）加强技术的研究

要在政策上积极鼓励相关专业人员对地层热源的相关参数和地貌条件进行研究，对其相应的地热蓄热的程度进行分析，在技术上要鼓励专业人员对含水层的热质和交换的规律进行相关的研究，在技术方面促进其健康的发展。

（2）统一建设标准

地源热泵的建设从标定的各个环节要严格实施统一标准，对其操作的步骤和操作方法实施完整的统一标准，同时对初始地温的测试和含水层渗透流速度的计算方法也要在数据上进行统一的标准。

6、对于地源热泵前景发展的展望

国际能源的发展呈现出了一定的趋向，那就是节能减排成为各国能源发展的主要方向，充分利用再生能源的优势，最大效益化的减少污染的排放，对地源热泵等可再生资源提出更高的要求。随着我国基础设施的不断建设，学校和医院的公益项目的扩大规模，可以预测我国的地源热泵的市场是巨大的，随着相关技术的不断发展成熟，地源热泵技术在采暖，制冷中的应用将发展更加迅速，在节能减排，支援现代化城市的建设有重要意义。

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