什么是地源热泵技术

烈日炎炎似火烧，转眼间来到了酷热的夏季。小编和大家一样，在炎热的夏天为了防止被晒出原形需要靠空调续命。然而空调高昂的耗电量，着实令人心疼不已。其实，有一种技术可以解决上述的难题，这就是地源热泵技术。美国环境保护署（EPA）称地源热泵为最节能，最环保，最具成本效益的空间调节系统。

(资料图)

一定义

地源热泵系统（Ground-source Heat Pump System）指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。

我们先来了解一下“热泵”。热泵（制冷机）：是通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。热泵利用的低温热源通常是环境（大气、地表水和大地）或各种废热，由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。热泵是一项利用可再生能源、保护环境的可持续发展技术。利用大地（土壤、地层、地下水）作为热源的热泵，可称之为地源热泵。

二特点

1、节能高效

在耗电量相同的条件下，分别提高夏季供冷量或冬季的供热量,能效比EER:3.9-6,即夏季投入1KW电能可得3.9-6KW热能, 性能系数COP=2.65-5即冬季投入1KW电能，可得到3.0-5KW左右的热能；并且地埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗。

2、性能稳定

地下温度稳定：地下的平均温度基本稳定在16度到22度之间，不受室外环境空气变化温度影响，主机制冷热稳定，不会出现空气源热泵越是在需要空调的情况下越不好。

3、投资回报高

地源热泵系统作为楼宇空调系统，其运行费用可大大降低。用地源热泵系统供暖或制冷时，根据不同的地域、气候、资源、环境，运行费用可比传统中央空调系统降低25%-50%；可供暖、空调，还可在春夏秋采用热回收免费供生活热水做到冷暖热水三合为一；一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，减少设备初投资；地源热泵系统初投资增量回收期约2.5-8年不等。

4、可再生能源利用技术

地表土壤和水体，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。对太阳能二次利用，符合可持续性发展趋势不受地域、资源等限制

5、环保

污染物排放与空气源热泵相比减少40%以上，与电供暖相比减少70%。没有燃烧、排烟，也没有废弃物，且不用远距离输送热量，是真正的环保型空调。夏季不会向建筑周围空气放热是环境空气温度升高，冬季不会从建筑物周围空气吸热降低环境空气温度。机组的埋地换热器可以布置在花园、草坪及建筑物周围地下，不占建筑面积。

6、安全、寿命长

地源热泵非常耐用，机械运动部件(主机为工厂整体组装)非常少,所有的部件埋在地下或是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候，系统采用闭式循环减少腐蚀、污染与结垢，延长设备使用寿命，同时系统维护费用低；地下部分（PE管）可保证50年（免维护），需要维护的主要是水泵与室内管道与室内机—维护简单工作量小，节省维护费用；地源热泵机组正常寿命是25年。

7、应用范围广

适用广：可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑等需要空调的新建、改建、扩建项目，更适合于别墅住宅的采暖、空调；

缺

点

①如果利用不合理，可能对地下水造成严重的污染。

②如果地下水被大量抽取后不能够及时回灌可能造成地面下沉，造成地面上的建筑物损坏。

③不太适用于：建筑密度很大的地方，地质条件比较恶劣的地区（如：地下岩层比较厚和硬）

三应用与发展

地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。

开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。

20世纪50年代欧洲和美国掀起了研究地源热泵的第一次高潮，美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统，印地安纳洲的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统的。

直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的研究进入了又一次高潮，这时瑞典的研究人员开始将塑料管应用在闭式环路地源热泵系统上，地源热泵的推广应用迅速展开。

经过近50年的发展地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟，是一种被广泛采用的热泵空调系统。针对地源热泵机组、地热换热器，系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。

到2019年底，美国有超过3万台系统在家庭、学校和商业建筑中应用，另据地源热泵协会统计，美国有600多所学校安装有地缘热泵技术。

04 工作原理

作为自然现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温，用著名的热力学第二定律准确表述：“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是地源热泵节能的原理。

冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；

夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。

冬季地源热泵工作原理

冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。

夏季地源热泵工作原理

夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7℃-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7℃-12℃ 的冷水。

五分类

根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

1、地埋管地源热泵系统

地埋管地源热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。

地面耦合热泵系统的垂直配置

地面耦合热泵系统的水平配置

2、地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。水质良好的地下水可直接进入热泵换热，之后将井水回灌地下，这样的系统称为开式系统。

地下水热泵系统

3、地表水地源热泵系统