地源热泵供热制冷节能环保系统应用研究

地源热泵供热制冷节能环保系统应用研

究

摘要：近年来，随着时代的发展，人们对居住环境的要求越来越高，对能源

的需求量也在不断增多。“节能减排”成为全球共同的使命和责任。地源热泵系

统的节能控制不是单纯地减少能源的利用，而是提高能源的利用率，减少能源的

浪费，根据需求合理使用能源。因此，对地源热泵系统进行节能运行控制研究具

有十分重要的意义。

关键词：地源热泵；供热制冷节能环保系统；应用

地源热泵系统作为一种广泛应用的能源转化系统，越来越受到人们的重视,，如今伴随着人们对于环保意识的加强，对于节能发展是将清洁可再生能源作为当

前形势下研究的热点问题。地源热泵的应用既可满足节能的需求，又可利用新型

的可再生能源，提供稳定可靠的供能，并且不会受到传统燃料短缺或者价格浮动

的影响。具备节能减排明显效果的优势下，经过多年的工程实践。地源热泵的应

用技术已经相对的成熟可靠，经济性与环保型已在每次的工程项目中得到充分的

肯定，具有较强的发展潜力。

1地源热泵技术概述

在应用地源热泵技术的供热制冷节能环保系统中，将空调系统的热交换器放

置于地下，介质在强度高、密封性好的环路中持续流动，从而实现系统与土壤间

的热量交换。夏季，地源热泵机组将从建筑中吸收的热能转移到地下，实现建筑

降温；冬季，地源热泵将土壤中的热量转移到建筑当中，提高建筑环境温度的同

时将其内部冷量转移到土壤当中。

2地源热泵的特点及分类

2.1地源热泵技术的特点

（1）地源热泵在环保效益方面特别显著。在它的运行维护过程中没有任何固体、液体的废弃物排放。从这个角度说是没有任何污染，属于零排放零污染。

（2）地源热泵技术属于可再生能源技术。它是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换的供暖供冷空调系统的。地表浅层收集了约47%的太阳能量。可以说是一个取之不尽用之不竭的能源。

（3）地源热泵技术是经济有效的节能技术。源于地表浅层地热资源温度非常稳定，这就使得地源热泵比传统空调系统运行效率能提高40%左右，于是也能节能与节约运行费用40%左右。

（4）地源热泵完全可以一机多用，既可以单独供暖，也可以供空调制冷制热，还可以直接供应生活或工业热水。真正做到一机多用。

（5）地源热泵运行维护费用低。由于其一机多用，冷热源温度较恒定，设备使用周期长（一般寿命可达30~50年），加上占地面积小，运营维护所需人员少。

（6）灵活安全。供热制冷节能环保系统中使用地源热泵技术，能够充分替换传统的供热锅炉、热水供应、制冷空调等装置和系统。相关机组可以灵活安装在任何区域，节约使用空间的同时，地源热泵不需要进行能源储备，减少了很多安全隐患问题。因此，地源热泵技术适用于严寒和热带地区的各类供热制冷节能环保系统。

（7）管理便利。地源热泵系统不需要冷却塔等其他室外设备，可以减少锅炉冷却系统附属的能源堆放区域，能够有效节约空间，改善外部环境，提升系统的经济附加值。由于热泵机组系统稳定性好，不需要各类大型集中性基础，更不需要专人持续进行现场值守，有效减少维护工作量、节约成本，能够实现机组独立计费，为使用单位提供良好的管理基础。

2.2地源热泵技术的分类

（1）土壤源热泵

这种热泵系统主要是利用地下岩层中的热量进行闭路循环，形成的系统体系。将热泵的换热器置于地下，与大地进行热量交换，通过循环液，在密闭的地下埋

管中流动，从而实现系统与大地之间的热传导。冬季系统从地下收集热量，将其

带入室内，夏季，系统逆向运行，从室内带走热量，将其转入地下岩层。

（2）地下水源热泵

地下水源热泵系统能是从水井或矿井中抽取地下水，常用的系统是采用一侧

连接地下水，另一侧连接热泵机组的方式形成。早期的单层系统的缺点是既浪费

水资源，又会造成地层塌陷，容易引发地质灾害。当前使用双井系统，一个抽水，一个回灌，系统整体造价相较于土壤源热泵较低，占地面积较小，技术较为成熟，但是可供使用的地下水总量有限，水处理要求较为严格，抽取的地下水回灌，不

能受到污染。

（3）地表水源热泵

地表水源热泵系统将池塘、湖泊、河流中的地表水作为热源。一般分为闭路

和开路两种系统，在寒冷区域开路系统不适用，只能采用闭路系统。地表水源热

泵系统造价低廉、能耗低、维修便利、运行费用低，但容易受到外部环境的影响。在公用的水系统当中，设备容易受到损害，还存在效率不稳定的情况。

3地源热泵技术在暖通空调系统节能中的具体应用

3.1针对地源热泵系统形式的选择

地源热泵系统中一般不采用闭式环路形式，主要是由于该种形式的地源热泵

系统虽然免除了冷却塔的功耗，但是系统中的冷却介质、土壤、水体三者之间存

在传热温差，而且机组冷却水温虽然低于冷却塔出水温度，整体的能效高于使用

冷却塔的冷水机组，但是系统中的地下、水中埋管投资较大，空调年运行周期较短，投资回收周期较长。对于地源侧的水通过热交换器从土壤中进行热量吸收较

为容易，反之向土壤中放热难度较高，存在暖通空调系统运营期间由于机组的高

压保护起作用而自动停机的情况。这种情况下可以选择高能效比的常规冷水机组，通过系统中的冷却塔向外部进行热量排放。而在这种情况下，闭式环路的地源热

泵系统更适用于有冷、热负荷需求的系统类型，对于开式环路形式的地源热泵系

统能够更好的适应于单冷或冷暖空调系统。

3.2可以通过外部措施提升系统换热能力

若暖通空调系统缺少足够的空间容纳地下换热器，为了更好地满足室内冬季

热负荷需求，需要设置辅助热源提升暖通空调系统的能力，在夏季需要使用冷却塔，增加了暖通空调系统的复杂性，而且针对此类状况，需要考虑系统整体的经

济性、技术性等条件来保证地源热泵系统选择合理。若地下换热器的效能可以满

足冬季室内热负荷但不能满足夏季室内冷负荷需求，只需要在系统中增加冷却塔；若系统中的冷、热负荷相差较大，可以使用地下埋管加冷却塔的方式进行处理，

满足系统需求的同时还能降低工程造价。在这种方式当中不需要锅炉，整个系统

的操作较为便利，工程造价会显著降低。

3.3高层建筑体系需要综合考虑多方条件

高层建筑的暖通空调系统中运用地源热泵技术时，需要考虑建筑内部空调系

统的控制，是否属于分层分区控制。若地源侧垂直埋管时就需要考虑埋管耐压，

其垂直埋深要进行合理控制；同时要注意建筑高度，避免由于建筑高度造成的系

统静压超出系统管线的额定压力。综合多种因素进行考虑，与地下水静压抵压作

用后，系统中的垂直埋管能够适应更高的建筑。对于高度较大的建筑，可以通过

在地源侧使用板式换热器的方式进行高低压分区，类似于中央空调在高层建筑中

对冷媒水系统的高低压分区，或者在一定区域当中不进行分区管控，通过在低层

设置的水地源热泵机组，由系统末端设备向高层区域集中提供冷（热）媒介质。

4结束语

综上所述，地源热泵技术有着许多的优点，发展前景也不错。也有很多的限

制条件。但应该相信随着科学技术的进步，这些问题都会迎刃而解。地源热泵技

术在空调工程中将会得到更好的发展和应用。。

参考文献：