文/屈高陽(yáng) 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南三峽門 472000

地源熱泵節(jié)能性研究

文/屈高陽(yáng) 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南三峽門 472000

文章基于地緣熱泵的工作原理及地源熱泵系統(tǒng)本身的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行論述，主要對(duì)地源熱泵的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的分析，指出當(dāng)前地源熱泵技術(shù)存在的問(wèn)題，并指明以后的努力方向，得出自己的觀點(diǎn)。

地源熱泵；節(jié)能；發(fā)展

地源熱泵技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中，很好的解決了人們?cè)谵k公和生活中的一些難題，針對(duì)電能和煤炭資源的使用做出了很好的分流作用，有效的減少了對(duì)大氣的污染，同時(shí)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)利用也有了更好的促進(jìn)作用。但在地源熱泵技術(shù)的發(fā)展中也陸續(xù)的暴露的一些問(wèn)題，如何在地源熱泵中發(fā)揮更好的節(jié)能作用，更好的號(hào)召國(guó)家的節(jié)能減排，是目前存在的最大問(wèn)題，本文結(jié)合一些實(shí)際的地源熱泵的使用單位，進(jìn)行相關(guān)的論述，以期得到更好的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

1、介紹地源熱泵的相關(guān)概念

地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)代化的再生資源利用技術(shù)，起主要的工作原理是，利用地表較淺的地層地?zé)豳Y源，通過(guò)相應(yīng)的熱泵機(jī)組實(shí)熱能由低溫位向高溫位轉(zhuǎn)移的目的，最終達(dá)到建筑物實(shí)現(xiàn)制冷后者是制熱的目的。這一過(guò)程中，可能有適量其他能量的參與，比如電能的相關(guān)消耗，總體上是目前較為節(jié)能的可再生資源再生的一種利用方式。

1.1 簡(jiǎn)單介紹地源熱泵的工作原理

地源熱泵首先是熱泵的一種，它是卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷熱量的設(shè)備。地源熱泵是利用淺層地表的地下水，地表水或者是土壤里面所蘊(yùn)含的巨大的蓄熱蓄冷通過(guò)機(jī)組向建筑物內(nèi)部提供冬夏兩季不同的供熱或者是供冷模式，實(shí)現(xiàn)在不同的季節(jié)提供不一樣的熱量或者是冷量。

1.2 地源熱泵節(jié)能技術(shù)的兩種工作模式

（1）制冷模式

在制冷模式下，地源熱泵的做工對(duì)象是冷物質(zhì)材料，建筑物內(nèi)的熱氣是其做功的對(duì)象。發(fā)生的化學(xué)過(guò)程是汽化到液化，首先是蒸發(fā)期對(duì)室內(nèi)熱空氣的蒸發(fā)，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶的熱量?jī)?chǔ)存在冷媒中，在冷媒中循環(huán)同時(shí)再通過(guò)冷媒器中冷媒的凝聚，然后由水路循環(huán)系統(tǒng)，將冷媒所蘊(yùn)含的熱量轉(zhuǎn)移到地表，地下水或者是土壤里，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的熱量不斷的向地下轉(zhuǎn)移的目的，最終實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的溫度恒定在13度左右的室溫，完成對(duì)室內(nèi)制冷的效果。

（2）制熱模式

在制熱模式下，壓縮機(jī)對(duì)冷媒進(jìn)行做工，通過(guò)換向閥將冷媒流動(dòng)方向更改方向。地表下的水，地表的的熱量或者是土壤的熱量都由地下的水路循環(huán)吸收到冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)，冷媒蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，這時(shí)候由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，在這一過(guò)程中，地下的熱量不斷的向上轉(zhuǎn)移，移植到室內(nèi)過(guò)程中，最終的形式是將35度的風(fēng)向室內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)送，完成制熱的效果。

2、分析地源熱泵節(jié)能系統(tǒng)的組成

2.1 地源熱泵系統(tǒng)的組成

地源熱泵系統(tǒng)的組成由三部分組成，主要是由室外地能換熱部分，地源熱泵機(jī)組，和室內(nèi)的空調(diào)輸出部分。其中主要的交換部分的構(gòu)成形式是，水-水式-水-土壤或水-空氣式。通過(guò)地源熱泵機(jī)組的工作原理可以發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象，水和空氣是三個(gè)系統(tǒng)之間交換的主要介質(zhì)，是熱量承載的主要載體，地源熱泵和地能之間交換的的熱介質(zhì)是水，建筑采暖空調(diào)末端交換的熱介質(zhì)是水或者是空氣。在三個(gè)系統(tǒng)中最為核心的是地源熱泵機(jī)組。本文主要解決的是其節(jié)能研究，下面針對(duì)的主要是地源熱泵的相關(guān)研究。

2.2 地源熱泵的組成

壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成了熱泵機(jī)組，熱泵于制冷的原理和組成部分及功能都是一樣的。下面針對(duì)不同部分進(jìn)行相關(guān)的說(shuō)明。

壓縮機(jī)：將氣體壓縮，在機(jī)組中將熱媒或者是冷媒壓縮后輸送，實(shí)現(xiàn)由低溫低壓處向高溫高壓處輸送的過(guò)程，是熱泵和制冷工作的中核心部位。

冷凝器：主要功能是制熱，是輸出熱量的設(shè)備，在蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)所消耗的功的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的。

蒸發(fā)器：是輸出冷量的設(shè)備，其作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑蒸發(fā)，吸收掉被冷卻的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。

膨脹閥或者是節(jié)流閥：是開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，對(duì)循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流減壓的作用，并適時(shí)的調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。

2.3 地源熱泵的工作原理

地源熱泵的工作的主要過(guò)程是：壓縮器將外部空氣吸入內(nèi)部，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生低溫低壓制冷劑蒸汽，并始終保持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓狀態(tài)，滿足了蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑液體的不斷在低溫下吸收載冷劑熱量沸騰的條件。吸入的蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮，起溫度和和壓力都升高，創(chuàng)造了制冷劑被液化的條件。高溫高壓蒸汽排入冷凝器后，在壓力不變地情況下，被水冷卻，溫度降低，進(jìn)一步的凝結(jié)成液體，由冷凝器排出，從而形成制熱；高壓制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)氣閥的時(shí)候收到阻礙，壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體汽化，吸收汽化潛熱，使其本身的溫度下降成為低溫低壓的濕蒸汽，在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在壓力不變地情況下，吸收水的熱量，形成的低壓低溫蒸汽被壓縮機(jī)吸走，如此周而復(fù)始的往復(fù)循環(huán)，形成一定的制冷作用。

3、地源熱泵的分類

地源熱泵通常有兩種機(jī)組，他們有不同的組成、結(jié)構(gòu)和功能。分別是地下水源熱泵和地表水熱泵系統(tǒng)。

3.1 地下水熱泵系統(tǒng)

建造地下水抽取機(jī)組，將地下水井抽出地面，經(jīng)過(guò)二次換熱后輸送至水源熱泵系統(tǒng)，中間將熱量提取或者是釋放一定的熱量，再由灌溉井輸回地下，完成熱量的釋放。

（1）地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要是：

a、節(jié)省水源，操作簡(jiǎn)單，無(wú)任何污染。整個(gè)完成制冷或者制熱的過(guò)程中，全程沒(méi)有任何污染，沒(méi)有任何水源的污染，對(duì)于水量也沒(méi)有消耗。

B、建筑成本低，不用任何冷卻水的建筑，占用面積少，不存在大范圍的使用占地面積，使用價(jià)值高，經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值高。

（2）地下水熱泵系統(tǒng)存在缺點(diǎn)

長(zhǎng)期使用地下水進(jìn)行制熱或制冷會(huì)在一定程度上造成地面下沉，造成一定的安全隱患。

3.2 地表水熱泵系統(tǒng)的工作原理

（1）工作原理

利用抽水系統(tǒng)，直接將江河湖泊的地表水進(jìn)行直接抽取或者是間接換熱的方式。利用其水源為地表水熱泵的主要原料進(jìn)行使用。

（2）地表水熱泵的優(yōu)勢(shì)

地表水較深的地方可以直接提供10度的左右的制冷，總體比起在地下鋪設(shè)管道的投資要很小，水泵的總體耗能較之地源熱泵要小很多，運(yùn)行維修的成本也比較低，在比較溫暖濕潤(rùn)的地區(qū)，一些湖水可以直接用來(lái)進(jìn)行制熱。

4、地源熱泵節(jié)能系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

4.1 地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用條件

地源熱泵的機(jī)組使用系統(tǒng)是在地下較深的地方，為溫度的恒定奠定了一定的條件，基本上滿足了夏季制冷冬季制熱的需求。要確保地源熱泵的安全有效高效的運(yùn)行，需要滿足以下條件。

a、擁有合適的地下淺表地下水，適宜的打井條件。

b、室外恒定溫度為10度至20度之間。

c、需用的制熱或者是制冷的總需要量趨于平衡。

d、供給保障溫度在5度至60度之間。

4.2 地源熱泵系統(tǒng)的使用方法

一般家庭的使用和商戶的使用格式地源熱泵主要使用方式，在冷和熱的傳遞方式上有集中系統(tǒng)，分散系統(tǒng)和綜合系統(tǒng)兩種方式。

（1）家用系統(tǒng)

使用業(yè)戶使用自己的地源熱泵，水路和風(fēng)管的使用，一般常見(jiàn)于小型的住宅和別墅的使用。

（2）中央配送系統(tǒng)

將地源熱泵機(jī)組設(shè)置在固定的房間內(nèi)，使用各個(gè)輸送的管線對(duì)各個(gè)房間實(shí)施供給。

（3）分散系統(tǒng)

用戶自己?jiǎn)为?dú)使用熱泵機(jī)組控制調(diào)節(jié)空氣，此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠單獨(dú)計(jì)量，反應(yīng)在用電或者是其他數(shù)據(jù)上，使用于目前的獨(dú)立熱計(jì)量上面。

5、地源熱泵節(jié)能技術(shù)應(yīng)用存在的問(wèn)題及發(fā)展方向

5.1 存在的主要問(wèn)題

（1）地源熱泵技術(shù)的設(shè)計(jì)水平良莠不齊

由于最大化的追求利益，目前國(guó)內(nèi)的地源熱泵的優(yōu)秀設(shè)計(jì)還有一定的差距，就合格者來(lái)看，還有一定的距離，總體表現(xiàn)在對(duì)施工的嚴(yán)格要求和性能的設(shè)計(jì)上以及使用費(fèi)用的維護(hù)上都有一定的差距。

（2）工程設(shè)計(jì)的監(jiān)管上還存在一定的漏洞。

對(duì)于地源熱泵的監(jiān)管，從實(shí)際使用意義上具有非凡的意義，隨著地源熱泵技術(shù)的不斷深入，國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的監(jiān)管并沒(méi)有起到一定的作用，從工程設(shè)計(jì)到熱量和冷期使用周期變化上都有一定的變化，其監(jiān)管的力度比價(jià)小，對(duì)一些地源熱泵的相關(guān)數(shù)據(jù)的掌握上還有一定的差距，造成了數(shù)據(jù)監(jiān)管的不準(zhǔn)確性。

（3）目前就與國(guó)內(nèi)的建筑商來(lái)說(shuō)，達(dá)到合格的地源熱泵的建筑很少。

5.2 地源熱泵建造改進(jìn)的方向

（1）加強(qiáng)技術(shù)的研究

要在政策上積極鼓勵(lì)相關(guān)專業(yè)人員對(duì)地層熱源的相關(guān)參數(shù)和地貌條件進(jìn)行研究，對(duì)其相應(yīng)的地?zé)嵝顭岬某潭冗M(jìn)行分析，在技術(shù)上要鼓勵(lì)專業(yè)人員對(duì)含水層的熱質(zhì)和交換的規(guī)律進(jìn)行相關(guān)的研究，在技術(shù)方面促進(jìn)其健康的發(fā)展。

（2）統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

地源熱泵的建設(shè)從標(biāo)定的各個(gè)環(huán)節(jié)要嚴(yán)格實(shí)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其操作的步驟和操作方法實(shí)施完整的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)初始地溫的測(cè)試和含水層滲透流速度的計(jì)算方法也要在數(shù)據(jù)上進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

6、對(duì)于地源熱泵前景發(fā)展的展望

國(guó)際能源的發(fā)展呈現(xiàn)出了一定的趨向，那就是節(jié)能減排成為各國(guó)能源發(fā)展的主要方向，充分利用再生能源的優(yōu)勢(shì)，最大效益化的減少污染的排放，對(duì)地源熱泵等可再生資源提出更高的要求。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，學(xué)校和醫(yī)院的公益項(xiàng)目的擴(kuò)大規(guī)模，可以預(yù)測(cè)我國(guó)的地源熱泵的市場(chǎng)是巨大的，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，地源熱泵技術(shù)在采暖，制冷中的應(yīng)用將發(fā)展更加迅速，在節(jié)能減排，支援現(xiàn)代化城市的建設(shè)有重要意義。

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