地源熱泵問答
時間:2022-02-10
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原標題：地源熱泵問答
地源熱泵系統(tǒng)介紹
地源熱泵供熱空調系統(tǒng)是目前世界上最先進的綠色空調系統(tǒng)。熱泵供熱空調系統(tǒng)的工作原理是利用環(huán)境（空氣、水和大地）中的低品位熱量，經(jīng)熱泵機組的工作而改變溫度，進而實現(xiàn)對建筑物的供熱和空調，同時還可以提供生活熱水。
地源熱泵系統(tǒng)通過循環(huán)液在封閉的地下埋管中流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的換熱，利用大地巖土層中的可再生熱能。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，與室外氣溫相比是冬暖夏涼，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。在熱泵機組中消耗1kW的電能可以得到4kW以上的熱量，即能效比大于4。此外，它保持了地下水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點，同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質。因此它是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術。
1.地源熱泵工作原理
地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。
地源熱泵供暖空調系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。
2.地源熱泵技術路線
地源熱泵技術路線有以下兩種：土--氣型地源熱泵技術和水--水型地源熱泵技術
土--氣型地源熱泵技術以美國的技術為代表，水--水地源熱泵技術以北歐的技術為代表。二者的差別是：前者從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散布置于各個房間的地源熱泵機組直接轉換成熱風或冷風為房間供暖或制冷。后者是從地下水中取熱或向其排熱，經(jīng)過熱泵機組轉換成熱水或冷水，然后再經(jīng)過布置在各個房間的風機盤管轉換成熱風或冷風給房間供暖或制冷。由于美國的土--氣型地源熱泵技術，可以不用地下水，采用埋設垂直管、水平管或向地表水拋設管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，推廣的范圍更大、更靈活。
3.地源分類
地源按照室外換熱方式不同可分為三類：(1)土壤埋管系統(tǒng)，(2)地下水系統(tǒng)，(3)地表水系統(tǒng)。
根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤管方式 （垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。
此外，還有一種“直接膨脹式”，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進行換熱。
4 地源熱泵系統(tǒng)的形式
土-氣型地源熱泵系統(tǒng)按照室外換熱方式不同分，主要有三類形式：
1）地耦管系統(tǒng)
該方案只需在建筑物的周邊空地、道路或停車場打一些地耦管孔，室外水系統(tǒng)注滿水后形成一個封閉的水循環(huán)，利用水的循環(huán)和地下土壤換熱，將能量在空調室內(nèi)和地下土壤之間進行轉換。故該方案不需要直接抽取地下水，不會對本地區(qū)地下水的平衡和地下水的品質造成任何影響，不會受到國家地下水資源政策的限制。
2）地下水系統(tǒng)
項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質、水量符合使用要求，則可采用開式地表水（直接抽?。Q熱方式，即直接抽取地表水，將其通過板式換熱器與室內(nèi)水循環(huán)進行隔離換熱，可以避免對地表水的污染。此種換熱方式可以節(jié)省打井的施工費用，室外工程造價較低。
3）地表水系統(tǒng)
項目附近如果有可利用的地表水，水溫、水質、水量符合使用要求，則可采用拋放地耦管換熱方式，即將盤管放入河水（或湖水）中，盤管與室內(nèi)循環(huán)水換熱系統(tǒng)形成閉式系統(tǒng)。該方案不會影響熱泵機組的正常使用；另一方面也保證了河水（湖水）的水質不受到任何影響，而且可以大大降低室外換熱系統(tǒng)的施工費用。
----地源熱泵的系統(tǒng)優(yōu)勢
1.高效節(jié)能
地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高約30－50％；全年的運行費用要比熱網(wǎng)集中供熱或燃油燃氣供熱系統(tǒng)降低20－60％。
2.綠色環(huán)保
地源熱泵系統(tǒng)省去鍋爐和鍋爐房，全年僅采用電力這種清潔能源，徹底解決了鍋爐造成的大氣污染的問題。由于提高了能源的利用效率，大大減少了由于建筑供熱空調產(chǎn)生的CO2的排放量。同時避免了地下水源熱泵系統(tǒng)可能造成的對地下水的浪費和污染。它是一種清潔的可再生能源，具有極大的環(huán)境效益。
3.一機多用
地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)。機組緊湊、節(jié)省建筑空間。
4.美化建筑
系統(tǒng)不需鍋爐和冷卻塔，也不需家用空調的窗機，令建筑與環(huán)境更加賞心悅目。
5.分戶計量
便于分戶計量核算，計費合理方便。
6.安全可靠
地下?lián)Q熱器采用高密度聚乙烯塑管，壽命長達50年；熱泵機組壽命20年以上。運行可靠，維護費用低廉。
----地源熱泵空調系統(tǒng)常見技術問題解釋
1.問：什么是地源熱泵系統(tǒng)呢？
答：地源熱泵是一種利用地球淺層資源（包括土壤、地下水、地表水或城市中水）的既可供暖又可制冷的高效節(jié)能的空調系統(tǒng)。它利用鋪設在土壤、地表水等中的換熱管道，實現(xiàn)空調房間和土壤、地表水等的換熱，以達到建筑空調的效果。
2.問：地源熱泵中央空調系統(tǒng)的節(jié)能效果如何？
答：地源熱泵中央空調系統(tǒng)是目前國際上最先進的中央空調系統(tǒng)，它的制熱量/制冷量和所消耗的電功率之間的比值全年平均高于4.0以上，既輸入1千瓦的電能，就能夠得到4千瓦以上的熱量。制熱能耗量較其他采暖方式減少50-70%；制冷能耗量較其他制冷方式減少40-60%。地源熱泵系統(tǒng)會為您節(jié)省大量的運行費用和維護費用。
3.問：地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能原理是什么？
答：作為地源熱泵系統(tǒng)熱量的來源（冬季）和熱量的排放源（夏季）的土壤，深度在數(shù)米之下，全年溫度基本恒定；冬季遠高于室外空氣溫度，夏季又低于空氣溫度。因此，地源熱泵的熱量轉移的條件遠優(yōu)于空氣源熱泵，僅需要較少的外界能源即可實現(xiàn)熱量的順利轉移。
4.問：地源熱泵系統(tǒng)可以同時提供制熱和制冷嗎？
答：可以。你可以非常方便的從采暖工況轉換到制冷工況，甚至你不用到機房切換，只需要按一下安裝在您的房間內(nèi)的控制器。尤其是在大型建筑里面，你不用管別人是在采暖還是制冷，你所做的就是按您自己的感覺做，只要您喜歡。
5.問：地源熱泵系統(tǒng)只用于民居建筑嗎？
答：不是的。工商企業(yè)、商店、辦公樓和學校、醫(yī)院等建筑都可以使用該系統(tǒng)。事實上，僅在美國就安裝了50萬套左右的住宅和商住樓的地源熱泵系統(tǒng)。根據(jù)美國環(huán)境保護署（EPA）的總結報告，學校是使用這種技術最普遍和最有效的最終用戶。僅2000年一年，美國全國使用地源熱泵系統(tǒng)的學校節(jié)省的能源總量相當于2500萬美元，減少了大約5億磅的廢氣排放。據(jù)EPT測算，如果美國全國的學校都用上地源熱泵系統(tǒng)，估算美國每年將減少進口石油6100萬桶，創(chuàng)造的環(huán)保效能相當于新種植800萬英畝樹林，或將400萬輛汽車改裝成不排放廢氣的車。
6.問：地源熱泵系統(tǒng)需要多么大的機房空間？
答：地源熱泵系統(tǒng)的熱泵機組有三種：一種是小型機組，單機制冷量不大于25 kW時可裝于吊頂內(nèi)，不占用任何室內(nèi)空間；一種是大型螺桿機組，單機制冷量一般都在幾百千瓦以上，需安裝在專門的機房內(nèi)；還有一種是介于兩者之間的，機組一般分散安裝于建筑內(nèi)部，不占用專門的機房空間，但需要占用一定的室內(nèi)空間。總體來說，地源熱泵中央空調機組占地面積約為傳統(tǒng)空調的三分之一。
7.問：地源熱泵空調系統(tǒng)的壽命是多少年？
答：地埋管換熱部分壽命50年，熱泵機組壽命25年。整個系統(tǒng)沒有室外機組，沒有風吹、日曬、雨淋、不用頻繁的清洗，壽命遠遠長于空氣源熱泵的室外機組或者是水冷機組的冷卻系統(tǒng)。
8.問：系統(tǒng)噪聲多大？
答：地源熱泵系統(tǒng)工作起來非常安靜，它將為您提供一個宜人的室內(nèi)、外環(huán)境。
9.問：地源熱泵系統(tǒng)安全嗎？
答：地源熱泵機組采用全自動“傻瓜操作模式”，整個系統(tǒng)采取五位的超低、超高壓力保護，超低、超高溫度保護和壓縮機卸載保護。全部機組沒有直接對外散熱的風扇等設備，不會對兒童造成任何傷害。
10.問：舒適性如何？
答：地源熱泵采取小溫差工作模式，房間內(nèi)您不會感覺到任何吹風感，加上自帶的新風模式，整個系統(tǒng)為您提供回歸大自然般的宜人環(huán)境。
11.問：地源熱泵系統(tǒng)能為我家提供熱水嗎？
答：當然。地源熱泵系統(tǒng)為您提供采暖、制冷和提供生活熱水。提供生活熱水所消耗的電能比電熱水器可少多了。
12.問：我的室內(nèi)已經(jīng)有現(xiàn)成的風機盤管系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)或地板輻射采暖系統(tǒng)，可以把它改成與地源熱泵系統(tǒng)連接嗎？
答：完全可以。技術人員可能會對原有的空調末端系統(tǒng)提出微小的改動的建議，使供熱空調效能達到最佳。但是，因為設計工作溫度有較大的不同，地源熱泵與傳統(tǒng)的暖氣散熱器相連不是推薦的做法。
13.問：地埋管換熱系統(tǒng)的工作效率如何呢？
答：地埋管換熱系統(tǒng)采用最新的高科技產(chǎn)品，高效的換熱效率，平滑的管內(nèi)壁，一切都做的完美無缺。
14.問：地下埋設的閉合回路管道真的有效嗎？
答：通過地下管道采集能源是熱泵技術發(fā)展的最新技術成果。這一技術的理論構想產(chǎn)生于40年代，但是，直到最近幾年熱泵技術設計上的革新和地下管道材料技術的發(fā)展，才使得以地熱為能源的熱泵技術，達到了商業(yè)化應用的最佳要求。到目前為止，地源熱泵技術在經(jīng)濟和技術方面已經(jīng)成為與傳統(tǒng)的供暖、制冷技術同時存在并在現(xiàn)實中應用的成熟技術。
15.問：地源熱泵系統(tǒng)是怎樣實現(xiàn)環(huán)保的？
答：首先，地源熱泵系統(tǒng)不直接消耗煤或燃油、天然氣等礦物燃料，沒有任何直接排放的污染物；其次，地源熱泵將室內(nèi)的熱量轉移到地下土壤中存放，從源頭上根除了空調系統(tǒng)對城市熱島的影響；再次，高效的地源熱泵系統(tǒng)采用非常嚴格的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了能量輸出和建筑物能量需求的直接對應，減少了剩余能量的損耗；第四，高效的地源熱泵系統(tǒng)，輸出同等量的有用能量，僅僅消耗30-60%的電功率，高效的一次能源利用率，是地源熱泵系統(tǒng)環(huán)保效果的最直接原因。
16.問：凍土層會影響地源熱泵系統(tǒng)嗎？
答：不會。我們的室外埋管部分僅有一小部分通過凍土層，通過我們合理的設計和安裝，凍土層不會對系統(tǒng)的運行產(chǎn)生任何消極影響。
17.問：在極端低溫的氣候條件下，是否需要備用熱源？
答：在通常的舒適性空調系統(tǒng)中，不需要備用熱源。地表5米以下的巖土層中全年的溫度基本保持不變，不受大氣溫度的影響，因此地源熱泵系統(tǒng)哪怕是在很冷的天氣條件下也能夠提供建筑所需要的熱量。
18.問：地源熱泵系統(tǒng)是怎樣實現(xiàn)省錢的？
答：一方面，高效的輸出功率和輸入功率比值。同樣的建筑，您將節(jié)省下一大筆額外的運行費用；另一方面，“傻瓜操作模式”的運行管理。為您節(jié)省下一大筆管理費用和維護費用。兩筆費用的節(jié)省，使您在很短的時間內(nèi)就會將您的初投資全部收回。
19.問：這項技術的成本很高嗎？
答：初裝費用確實比傳統(tǒng)系統(tǒng)要高一些，主要是鋪設地埋管換熱器，費用貴在設計和安裝上，而您每年省下的能源費用支出，會很快抵消高出傳統(tǒng)系統(tǒng)的安裝費用，隨著時間的推移，從能源消費的節(jié)省上，您可以很快收回投資。同時，系統(tǒng)近于免維護和維修，不僅節(jié)省開支，還使您的房產(chǎn)增值。
20.問：地源熱泵中央空調系統(tǒng)的安裝難度大嗎？
答：大多數(shù)系統(tǒng)均可方便的實現(xiàn)最優(yōu)化設計和安裝，在改造項目里面，更能體現(xiàn)真正的節(jié)能和環(huán)保效果。地源熱泵中央空調系統(tǒng)的末端部分和傳統(tǒng)中央空調系統(tǒng)沒什么大的區(qū)別，我們同樣可以選擇風機盤管加新風或者是全空氣系統(tǒng)，也可以采用小型水環(huán)布置方式和地源熱泵系統(tǒng)相結合。
21.問：鋪設地下管道是否會破壞院內(nèi)的草坪或花園景致？
答：研究和實踐證明管道不會對自然環(huán)境有任何損害。平面鋪設管道所挖的地溝寬度只有20厘米，當然這會暫時在草坪上留下一條裸露的地面，很容易用草籽或草皮修補。在中國主要采用豎直埋管的形式，單個鉆孔直徑約10厘米，占地面積更小，且埋在地下，對草坪沒有任何影響。設置地埋管換熱器的區(qū)域除了可用來綠化以外，也可用作停車場或運動場地等。
22.問：管道低于零下溫度時，系統(tǒng)會受到影響嗎？
答：不會。管道中的防凍液體可在-20℃時仍正常工作。
----地源熱泵戶式中央空調經(jīng)濟性分析
戶式中央空調是介于中央空調系統(tǒng)和家用空調設備（如窗式空調器、分體式空調器等）之間的一種供暖空調方式。對于高級住宅、別墅、小型高檔辦公場所，安裝中央空調系統(tǒng)顯得笨拙，不易調節(jié)，還需要專業(yè)人員維護，必然造成人力物力的浪費，并且中央空調系統(tǒng)即使只有一家使用，空調主機也要開機運行，費用又需共同承擔，極不合理；使用家用空調器又會影響建筑整體美感，并且使用舒適性也不很滿意。戶式中央空調施工簡單，無需專業(yè)人員維護，占用空間較小，所以成為該類場所供暖空調的最佳選擇。
市場上現(xiàn)有的戶式中央空調的形式可歸納為以下幾類：
1、制冷劑直接蒸發(fā)式一拖多系統(tǒng)。亦即使用一個室外機多個室內(nèi)機組，分布在不同的房間內(nèi)供暖空調。該系統(tǒng)安裝方便，各居室溫度可自由調節(jié)，管線占用空間小，但制冷劑管路長且復雜，氟利昂用量大，泄漏的危險也加大了；該系統(tǒng)受氣候條件的制約，在-5℃以下使用時必須安裝輔助加熱器；該系統(tǒng)難以解決新風供應與冬季加濕問題；該系統(tǒng)價格相對較高。
2、室外機為空氣-水熱泵機，制備冷（熱）水供應分布在不同房間內(nèi)的多臺風機盤管。該系統(tǒng)結構緊湊、安裝方便，與全空氣系統(tǒng)比較占用建筑空間較少，也易與建筑裝修融為一體；風機盤管容易控制，各房間可獨立控制、方便使用，較易實現(xiàn)節(jié)能運行，便于節(jié)電。但是該系統(tǒng)無新風供應，風機盤管集水盤內(nèi)容易滋生細菌，水管入戶，存在漏水危險，對施工要求嚴格；該系統(tǒng)也受氣候條件制約，低于-5℃時無法正常工作，需安裝輔助加熱裝置。
3、室外機為空氣-空氣熱泵，制備冷（熱）風，通過風管送到每個房間。其優(yōu)點是采用全空氣系統(tǒng)，沒有漏水危險；可引入新風，可對室內(nèi)空氣進行過濾、加濕、除臭等處理，空氣品質好，是最為接近中央空調的系統(tǒng)形式。其缺點是風管管徑較大，占用空間較多；各個房間溫度不好單獨進行大幅度調節(jié)；戶外溫度小于-5℃時，室外機能效低，產(chǎn)熱量低，技術安全性差。
其中，2、3種方式都使用了熱泵技術，具有節(jié)能效果，但是我們不提倡使用空氣源熱泵，因為還存在如下一系列問題：
1、存在熱島效應，使得外界局部空間環(huán)境條件惡化。
2、當空氣溫度低于零度時，機組效率下降，并且當溫度低于-5℃時，機組效率極低，甚至無法開機，需要附加輔助熱源。
3、冬季室外機組需要除霜，浪費能源。
近年興起了地源熱泵技術，使得戶式中央空調系統(tǒng)有了更大的發(fā)展空間，地源熱泵戶式中央空調系統(tǒng)實際上就是利用地源熱泵作為戶式空調的熱（冷）源，室外是地源熱泵機組，冬季制備熱水供室內(nèi)的風機盤管和地板輻射供暖管路供暖，夏季制備冷水供室內(nèi)風機盤管制冷。地源熱泵技術的主要優(yōu)點有：
1、高效：地溫一年四季基本恒定，略高于該地區(qū)的年空氣平均溫度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點。
2、節(jié)能：冬季運行時，COP約為4，即投入1KW電能，可得到4KW左右的熱能，夏季運行時，COP可達到投入1KW電能，可得到4KW以上的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且理管熱交換器不需要除霜，減少了結霜和除霜的能耗。
3、環(huán)保：供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染。
4、節(jié)省運行費用：系統(tǒng)的高效率，壓縮機的低功耗，使運行費用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。
5、節(jié)省占地空間：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤場和渣場，節(jié)約了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了建筑物的外部形象。
6、安全：無燃燒設備，從而不存在爆炸，燃燒的隱患。
7、可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高對建筑供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉移到地下對建筑進行降溫，同時蓄存熱量，以備冬用，保證了大地熱量的平衡。
----地源熱泵戶式中央空調與常規(guī)家用空調比較的技術優(yōu)勢
與傳統(tǒng)中央空調和常規(guī)空用空調相比，地源熱泵戶式中央空調有著無可比擬的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：
1、地源熱泵戶式中央空調的設備性能穩(wěn)定，系統(tǒng)壽命可達20年，地埋管換熱器壽命更可達40-50年，比普通分體空調器優(yōu)越的多；其未端既可以使用風機盤管，也可以與地板采暖聯(lián)合使用，不僅可以單獨控制和隨意調節(jié)各個房間溫度，并且地板采暖舒適性更好。
2、地源熱泵戶式中央空調繼承了中央空調系統(tǒng)的舒適性及家用空調布置的靈活性兩者的優(yōu)勢，可以根據(jù)用戶不同需要靈活設計，可以充分體現(xiàn)現(xiàn)代建筑以人為本的思想。
3、地源熱泵機組不需要占用專門的機房，并且無需安裝冷卻塔及泵房，維修簡單，運行方便，無需專業(yè)人員維護。
4、戶式中央空調實現(xiàn)了分戶計算，計費方式合理，沒有了中央空調的不合理收費，還擁有中央空調的舒適性，既節(jié)省能源，又合乎公平性原則。
----經(jīng)濟性分析
北京100m2的家庭125天總耗熱量為：100m2×125d×24h×3600×0.05kw=5400萬kJ，為獲得這么多熱量，選用不同的采暖方式，耗用的燃料不同，燃燒效率不同，能源成本不同?，F(xiàn)將100m2的家庭采用不同方式供暖成本計算如下：
能源
煤炭
天然氣
石油氣
柴油
電加熱
風冷熱泵
地源熱泵
單位
kg
m3
m3
Kg
kwh
kwh
kwh
熱值(KJ)
20900
36000
48566
43124
3600
3600
3600
效率
0.6
0.9
0.9
0.9
0.95
2
4
單價(元)
0.3
1.6
3
3
0.4
0.4
0.4
成本(元)
1
2.06
2.87
3.24
6.2
2.9
1.45
100m2總費用
1291
2622
3706
4174
6315
3000
1500
由上表可見，燃煤供暖最經(jīng)濟，但是由于北京地區(qū)已經(jīng)限制燃煤使用，綜合比較，地源熱泵系統(tǒng)為最佳選擇。
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