地源热泵技术介绍

地源热泵技术是以地热(冷)源作为热泵装置的热源或热汇，对建筑进行供暖或制冷的技术。地源热泵通过输入少量的高品位电能，可实现能量从低温热源向高温热源的转移，在冬季向室内供热，夏季则对室内制冷，实现对建筑物的空气调节。地源热泵系统工作原理如图3所示。 根据地源热泵所采用热源和热汇的形式不同，可将其大致分为以下三种类型，即大地耦合式热泵(CCHP)，地下水热泵(GWHP)和地表水热泵(SWHP)。 1大地耦合式热泵 大地耦合式热泵就是以地表浅层的土壤作为热源或热汇，它与传统的空气热泵(ASHP)相比，具有如下优势： (1)相对于地表的空气和水而言，一定深度地下土壤的温度波动较小，更适合作为热泵的热源和热汇，保证系统能稳定和高效运行； (2)用地下土壤作为热源和热汇可以部分或全部代替传统空调系统中的冷却塔和锅炉，节省常规能源，并能减少对环境造成的污染； (3)大地耦合式热泵不存在除霜问题，与土壤的热交换也不需要风机，因此能够减少噪音污染； (4)可以和太阳能集热装置联合使用，发挥土壤的巨大蓄热和蓄冷能力，能够获得较好的供热和制冷效果。 但是，大地耦合式热泵也存在着以下缺点：一是土壤的传热性能较差，需要较大的传热面积，从而导致占地面积较大，二是埋设在地下的管道造价较高，且维修不便；三是当地下换热器周围受热干燥后，传热能力下降，影响到系统的正常运行。 2地下水热泵 地下水热泵是以地下深井水作为热源或热汇来对建筑物进行供热或制冷的技术，也是迄今为止技术最成熟，应用最为广泛的一种地源热泵技术，它具有如下优势： (1)占地面积小，布局紧凑。由于该系统与地下水之间的热交换是通过水井系统实现的，不需要在地下敷设大量管道，因此系统的占地面积较小； (2)相对大地耦合式热泵系统，不需要埋设地下热交换设备，只需要一对较高流量的抽水井和回灌井，其造价相对较低； (3)不会造成地面沉降。在系统运行过程中，只要将地下水回灌到蓄水层，保持地层中含水量不变，即可保证不会引起地面的沉降； (4)技术比较成熟，推广相对容易。由于地下水热泵技术已在许多商业系统中使用多年，积累了不少经验，形成了系列产品，技术和施工都相对完善和成熟，比较容易推广； (5)系统运行相对稳定。 由于深井水位较低，水温随季节和气候的变化很小，利用井水作为热源或热汇对建筑物进行供热和制冷时，系统比较稳定，对热泵的运行也比较有利。 该系统存在的问题是： (1)当利用地下井水作为冷源或热源时，其水温会受到一定限制； (2)如钻井施工不佳或水质较差，可能造成地下水污染，且回灌井的选址需要考虑到水文地质条件等因素； (3)由于水泵取水位置一般较深，因此水泵的运行费用比较高。 3地表水热泵 地表水热泵技术是利用地表的小溪、池塘、河流或湖泊等水源作为热源和热汇对建筑进行空调的热泵技术。由于地表水温度随季节、气候等因素影响较大，不能完全保证系统在严冬季节的供暖需要，因此需要安装辅助加热装置，采用双联热泵采暖系统。 在系统运行时，可以将换热器置于水中，通过制冷剂的循环吸收地表水的热量，也可以通过盐水循环间接获取热量。但这两种方式均需要对置于地表水中的换热器进行定期清理，以保证换热效率。此外，还可以用泵抽取地表水送人热泵的蒸发器进行热交换，但在进入水泵前需要对地表水进行过滤。 采用地源热泵技术对建筑物进行采暖空调，既可以节省能源，又可以减少环境污染，而且运行费用也大大降低。实际运行效果表明，与传统空调设备相比，运行费用能够减少30％～40％，因此具有广阔的发展前景。