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(diào)系統(tǒng)是目前世界上最先進的綠色空調(diào)系統(tǒng)。熱泵供熱空調(diào)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(diào)，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(zhì)。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(diào)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(diào)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(zhì)進行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(diào)室內(nèi)和地下土壤之間進行轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)、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(zhì)、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(zhì)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(diào)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(diào)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(diào)，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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)房間和土壤、地表水等的換熱，以達到建筑空調(diào)的效果。
2.問：地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果如何？
答：地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是目前國際上最先進的中央空調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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?qū)?00萬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?？傮w來說，地源熱泵中央空調(diào)機組占地面積約為傳統(tǒng)空調(diào)的三分之一。
7.問：地源熱泵空調(diào)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(diào)末端系統(tǒng)提出微小的改動的建議，使供熱空調(diào)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(zhuǎn)移到地下土壤中存放，從源頭上根除了空調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)系統(tǒng)的末端部分和傳統(tǒng)中央空調(diào)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(diào)經(jīng)濟性分析
戶式中央空調(diào)是介于中央空調(diào)系統(tǒng)和家用空調(diào)設備（如窗式空調(diào)器、分體式空調(diào)器等）之間的一種供暖空調(diào)方式。對于高級住宅、別墅、小型高檔辦公場所，安裝中央空調(diào)系統(tǒng)顯得笨拙，不易調(diào)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(diào)系統(tǒng)即使只有一家使用，空調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)的最佳選擇。
市場上現(xiàn)有的戶式中央空調(diào)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(diào)。該系統(tǒng)安裝方便，各居室溫度可自由調(diào)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(zhì)好，是最為接近中央空調(diào)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(diào)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(diào)系統(tǒng)有了更大的發(fā)展空間，地源熱泵戶式中央空調(diào)系統(tǒng)實際上就是利用地源熱泵作為戶式空調(diào)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(zhuǎn)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(diào)與常規(guī)家用空調(diào)比較的技術優(yōu)勢
與傳統(tǒng)中央空調(diào)和常規(guī)空用空調(diào)相比，地源熱泵戶式中央空調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)繼承了中央空調(diào)系統(tǒng)的舒適性及家用空調(diào)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(diào)實現(xiàn)了分戶計算，計費方式合理，沒有了中央空調(diào)的不合理收費，還擁有中央空調(diào)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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