暖通空调新技术

Abstract：This article briefly introduced the ground-source heat pump system. Also this article analyzed the current statues and problems of this technology based on its application at home and abroad. Although this system has some defects, its advantages in energy conservation and environmental protection are more obvious. It can be asserted that the ground-source heat pump system will have a thorough and promising future.

Key words: ground-source heat pump; energy conservation and environmental protection; application

1. 引言

地源热泵(GSHP)是以大地为热源对建筑物进行空气调节的节能新技术[1]。应用地源热泵系统可夏季供冷、冬季供暖。由于地源热泵可显著降低运行费用[2]，已受到越来越广泛的关注，被认为是最有前途的空调系统之一。

2. 地源热泵工作原理

地源热泵[7]利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水，土壤或地表水等)，通过输入少量的高品位能源(如电能)，即可实现热量从低温热源向高温热源的传递，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。在冬季，把地能中的能量“取”出来，提高温度后，供给室内的热用户;在夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地层当中去。

3. 地源热泵系统的分类及特点

3.1 土壤源(GCHP)热泵(又称：大地耦合式热泵 GCHP： Ground-Coupled Heat Pump)

3.1.1土壤源特性

土壤的温度分布与土壤中的热量得失密切相关。土壤中可获得的热量来源有：太阳辐射、地球内部产生的热、土壤中生物过程释放的热、化学过程产生的热。其中太阳辐射是表层土壤热能的主要来源。土壤获得太阳辐射能后，又以多种方式向外输出，其中对流、地表辐射、地面蒸发、生物蒸腾作用消耗的热能以及向地层深处传导的热量。3.1.2 土壤源热泵的系统[9]形式及分类

土壤源热泵根据其蒸发器端与大地换热的形式不同，可分为通过热泵工质—水换热器的间接式系统(图2-1)，和采用热泵工质在埋于地下的盘管中直接膨胀的直接式系统。
间接式GCHP 系统

图 2-1 间接式GCHP 系统

在间接式系统中，载冷剂或盐水溶液被用来在热源和蒸发器间传递热量，它与直接蒸发系统相比可以减少制冷剂的充灌量，这在当前是令人感兴趣的，在将来也会变得更为重要;它还增加了热泵系统的灵活性;同时它使现场工程量减至最低并减免了制冷管路的安装。其缺点在于引入带有热交换器的额外流体环路，增加了初投资[3]，带来额外的温降。为了把这些不利之处降至最低，重要的是针对运行工况尽可能地优化设计盐水回路，此外用作载冷剂的流体性质也十分重要。直接蒸发系统中将蒸发器盘管直接埋入地下，可以有效地减少投资额，尤其适用于小型家居热泵系统。

3.2 水源热泵(WSHP：Water Source Heat Pump)

水源热泵就是利用地球表面浅层水如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转划的装置。

4.地源热泵系统发展存在问题分析

我国对地源热泵的研究起步较国外晚, 很多研究工作是借鉴国外的技术和成果的基础上进行的, 但由于地源热泵系统的运行性能受地域性影响较大, 所以在研究和开发地源热泵应注意以下几方面的问题:

①土壤的热物性对热泵运行效率起关键性的作用, 因此必须了解各种土壤状况下对不同埋地换热器的换热机理。

②加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究, 以及其在建筑物中的合理布置。

③探讨土壤源热泵系统与其他热源系统和辅助设备联合的情况, 如土壤源热泵系统和冷却塔的联合使用、土壤源热泵系统和太阳能的联合使用或其他辅助设备的联合使用, 来提高系统的运行效率。

解决措施:

①研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料,作为地源热泵设计的参考资料。

②开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资; 研究专门的钻井、下管、封井设备和技术, 并用规范化来缩短施工周期, 从而降低施工费用。

③选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度, 保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差, 从而不影响土壤与系统的换热过程。

④对已竣工的地源热泵系统[6]进行归纳、总结, 有利于形成一套成熟、可靠的地源热泵设计方法。

⑤需要政府的政策引导、对设计和施工人员的培训以及提高公众对地源热泵技术的了解程度。

5.结束语

节能、环保、可持续发展已经成为世界发展的三大主题。在供热空调领域中, 地源热泵技术有效地提高一次能源利用率[7], 减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放, 是一种可持续发展的“ 绿色技术”, 符合世界发展的需要。地源热泵在我国的研究与应用还处于起步阶段, 热泵工质的研制和开发还需要进一步深入进行, 各地区的地下热源状况、土壤热物性资料还需要进一步搜集和整理, 地源热泵的系统性能优化[10]和经济性分析也尚待深化。但地源热泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点, 已成为空调供暖工程优先选择的方案之一。

参考文献：

[1]张群力，王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J].流体机械，2003，(5).

[2]姜宝成，王永镖，李炳熙.地源热泵的技术经济评价[J].哈尔滨工业大学学报，2003，(2).

[3]李新国，赵军，朱强.地源热泵供暖空调的经济性[J].太阳能学报，2001，(4).