地源热泵的工作原理及技术经济性分析

地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备.地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方.通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的.地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内,夏季再把地下的冷量转移到建筑物内,一个年度形成一个冷热循环.编辑本段地源热泵的由来地源一词是从英文“ground source”翻译而来，汉语的内涵则十分广泛，应包括所有地下资源的含义。

但在空调业内，目前仅指地壳表层（小于400米）范围内的低温热资源，它的热源主要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能。

"地源热泵"的概念，最早于1912年由瑞士的专家提出，而该技术的提出始于英、美两国。

1946年美国在俄勒冈州的波兰特市中心区建成第一个地源热泵系统。

但是这种能源的利用方式没有引起当时社会各界的广泛注意，无论是在技术、理论上都没有太大的发展。

20世纪50年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。

直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机，它才开始受到重视，许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。

这一时期，欧洲建立了很多水平埋管式土壤源热泵，主要用于冬季供暖。

虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区，但是它也曾因为热泵专家不懂安装技术，安装工人又不懂热泵原理等因素，致使地源热泵的发展走了一段弯路。

随着科技的进步，关于能源消耗和环境污染的法律制订越来越严格，地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。

欧洲国家以瑞士、瑞典和奥地利等国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术。

政府采取了相应的补贴政策和保护政策，使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。

上世纪80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。

工作原理——地源热泵1 地源热泵工作原理地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。

其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。

三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

2 地源热泵技术路线地源热泵技术路线有以下两种：土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术土--气型地源热泵技术以美国的技术为代表，水--水地源热泵技术以北欧的技术为代表。

二者的差别是：前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。

后者是从地下水中取热或向其排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。

由于美国的土--气型地源热泵技术，可以不用地下水，采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制，推广的范围更大、更灵活。

3 地源分类地源按照室外换热方式不同可分为三类：(1)土壤埋管系统，(2)地下水系统，(3)地表水系统。

根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。

闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。

开环系统如抽取地下水或地表水方式。

此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。

4 地源热泵系统的形式土-气型地源热泵系统按照室外换热方式不同分，主要有三类形式：1、地耦管系统该方案只需在建筑物的周边空地、道路或停车场打一些地耦管孔，室外水系统注满水后形成一个封闭的水循环，利用水的循环和地下土壤换热，将能量在空调室内和地下土壤之间进行转换。

地源热泵的12大优势由于地源热泵系统采取了特殊的换热方式，使它具有普通中央空调和锅炉不可比拟的优点：一、高效节能与锅炉（电、燃料）供热系统相比，土--气/水型地源热泵系统的转换效率最高可达4.7 。

而锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转换为热量供用户使用，因此它要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量，运行费用为各种采暖设备的30-70%。

由于土壤的温度全年稳定在10℃—20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5—4.7，与传统的空气源热泵（家用窗式和分体式空调、中央式风冷热泵）相比，要高出40%以上，其运行费用仅为普通中央空调的50—60%。

夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得土--气型地源热泵系统换热效率很高。

因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，从而达到节能的目的，其耗电量仅为普通中央空调与锅炉系统的40%—60%。

二、绿色环保土--气/水型地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无废气、废渣、废水的排放，可大幅度地降低温室气体的排放，能够保护环境，是一种理想的绿色技术。

三、分户计费实现机组独立计费，分户计表，方便业主对整个系统的管理。

四、使用寿命长家用空调设计寿命8年，燃气锅炉为10年；土--气型地源热泵机组为50年，水循环和风管系统60年以上，地耦管路系统为70年，它比所有各种空调系统和采暖设备的寿命都要长。

五、节省建筑空间控制设备简单土--气/水型地源热泵系统采用将地源热泵机组分散安装于各处所（居室、会所、办公室等）的方式，中央控制仅需选择水路控制，除去了一般中央空调集中控制所有参量的复杂环节，从而降低控制成本。

在各分散安装单元（居室、会所、办公室）可根据用户要求设不同的体积很小的终端控制器，实现从最简单（起停、供暖、制冷三档）到复杂的可编程智能控制方式。

六、系统可靠性强每台机组可独立供冷或供热，个别机组故障不影响整个系统的运行。

地源热泵分类与性能介绍一、热泵是一种能够将热量从温度较低的一种流体传递到温度较高的另一种流体的设备。

热泵可以根据其使用的冷源和热源进行分类。

根据用于将热量从冷源传递到热泵以及从热泵传递到热源的流体，常见有四种类型：空气：热泵从由空气（外部）组成的冷源吸收热量，并将其传递到由水回路组成的热源（用于房间加热）。

空气-空气：热泵从包括空气（外部）的冷源中吸收热量，并将其传递给同样由空气（加热环境的热源）组成的热源。

废水：热泵从冷源吸取热量，冷源由水（湖泊，河流或地下水位）组成，并释放给热源，后者由水回路组成（用于加热房间）。

水-空气：热泵从冷源汲取热量，冷源由水（湖泊，河流或地下水位）组成，并释放给热源，热源由空气（加热环境的热量）组成。

空气作为冷源具有在任何地方都可以使用的优势。

无论如何，随着冷源温度的下降，热泵提供的输出也会下降。

如果使用外部空气，则需要在0ºC左右的温度下使用除霜系统，这将额外消耗能量。

在此阶段，热泵利用热源的热量来解冻电池，因此加热会停止几分钟。

水作为冷源可确保热泵发挥最佳性能，而不受外部气候条件的影响；然而，鉴于水的配套系统，它需要额外的费用。

地面作为冷源，具有比空气更少的温度变化的优势。

二、地源热泵分类地源热泵通常按接地回路的类型进行分类（见图1）。

每种类型的市场份额因国家/地区而异，具体取决于站点的特性，促销和应用程序。

假设适用于地下水，图1（a）中所示的开环系统或“地下水源”热泵是最老，最便宜的GSHP系统。

自1970年代以来，开环系统已被普遍使用。

在这种系统中，地下水被用作热载体，并直接带入热泵。

水被排放回井中或地表水体中。

这些系统需要充足，浅而纯的地下水供应。

由于其对社区地下水的影响，市政法规有时会禁止开环系统的安装。

闭环或接地耦合系统使用包含水或乙二醇溶液的回路通过接地回路，并使用制冷剂回路将热量传递至热泵（图 1.b）。

接地回路可以垂直或水平放置在地面上，或偶尔放置在池塘或湖泊中。

地源热泵的工作原理及技术经济性分析一、什么是地源热泵地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包含地下水、土壤或者地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

地能分别在冬季作为热泵供暖的热源与夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。

热泵机组的能量流淌是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+汲取的热能）一起排输至高温热源。

而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到汲取低温热源中热能的作用。

请参见能流图所示。

通常地源热泵消耗1kW的能量，用户能够得到5kW以上的热量或者4kW以上冷量，因此我们将其称之节能型空调系统。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或者70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节约三分之二以上的电能，比燃料锅炉节约二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳固，通常为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60% 。

因此，近十几年来，特别是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的进展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，能够估计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热与供冷空调技术。

二、地源热泵国内外进展近况地源热泵的历史能够追朔到1912年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。

它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60o C。

在冬季使用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。

1973年能源危机的推动，使热泵的进展形成了一个高潮。

目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”同时环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。

地源热泵技术讲解【热泵概念】热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍以上的热能，是一种高效供能技术。

热泵技术在空调领域的应用可分为空气源热泵、水源热泵以及地源热泵三类。

｛备注｝空调概念：空调即空气调节器(room air conditioner)，挂式空调是一种用于给空间区域〔一般为密闭〕提供处理空气温度变化的机组。

它的功能是对房间〔或封闭空间、区域〕内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

【地源热泵概念】地源热泵(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水，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移与建筑物完成热交换的一种技术。

地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。

其中水源热泵机组主要有两种形式：水-水型机组或水-空气型机组。

三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

【地源热泵工作原理】冬季，热泵机组从地源〔浅层水体或岩土体〕中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实现建筑物空调制冷。

根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。

【地源热泵技术原理】地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。

地源热泵通过输入少量的高品位能源〔电能〕，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。

在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供应室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去。

【地源热泵技术特点】环保：使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不需使用冷却塔，没有外挂机，不直接向周围大气环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源。

地源热泵系统简介一、地源热泵原理地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的中央空调系统。

冬季，地源热泵系统通过埋在地下的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。

再由装在室内的地源热泵系统驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。

在夏季，此运行程序则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。

尤如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。

循环水泵地源热泵机组地下埋管图2地源热泵系统图地源热泵机组优点高效节能性夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统换热效率很高。

因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何辅助热源和除霜，大大地减少电能消耗和除霜的损失，从而达到节能的目的，其耗能仅为普通中央空调加锅炉系统的50%-60%。

地源热泵技术在很大程度上为国家节省能源，缓解电荒，同时也为用户节省了大量的运行费用。

下面是北京一项目中，提供的各种采暖制冷费用比较：从下面两个分析图中可以看出，与其它供暖制冷产品相比，地源热泵技术运行费用是最便宜的一种，很大程度地为最终使用户节约运行费用，也保证安全，健康。

一个采暖季（北京为125天）各种采暖方式的采暖费用比较表0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00地源热泵电缆地板采暖天燃气集中供暖壁挂炉电热膜系列1一个制冷季（北京为90天）各种制冷方式的费用（元/m2）比较表0.005.0010.0015.0020.00地源热泵家用空调中央空调直燃机系列1● 环保、零污染地源热泵系统高效节能的优点，决定了它的运行费用低。

维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。

据专家预测，在未来50年，世界将释放160亿吨CO2，对人们的健康和自然环境形成直接的影响。

第一章地源热泵技术的概念和工作原理第一节地源热泵技术概念地源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，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移的一种技术。

地源热泵机组工作原理就是在夏季，将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低于空气温度，所以可以高效地带走热量。

而冬季，则从水源中提取热量，通过热泵系统提升热量能级后送到建筑物中。

一般地源热泵消耗一份电能量，可得到4倍以上的热量或冷量，离心大型热泵可以达到5左右。

第二节地源热泵中央空调系统的组成及功能地源热泵供暖系统由地源能量采集系统、能量提升系统和能量释放系统三大部分组成。

⑴能量采集系统：通过能量采集系统将水源中所包含的能量（热量和冷量）采集出来，送至地源热泵机组加以利用。

它由水源水井、水源水抽取设备、水源水输送管道、水源水质处理设备和热交换设备构成。

⑵能量提升系统：通过能量提升系统将能量采集系统采集到的不可直接利用的低品位能量，转化成可直接利用的高品位能量。

它由压缩机完成并通过制冷剂封闭环路和各种控制阀门实现其功能。

⑶能量释放系统：通过能量释放系统将能量提升系统提升的能量传递到需要的场合。

它由热交换设备、供暖水循环设备和末端能量释放设备组成。

第三节地源热泵供暖（制冷）系统的工作原理◎冬季采暖工作原理：在供热模式下，高压高温制冷剂气体（R22、R134a等）从压缩机压出后进入冷凝器，同时向经过冷凝器的空调末端循环水中排放热量，末端循环水被加热后形成采暖热源。

而制冷剂冷却成高压液体，然后经热膨胀阀节流膨胀成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水源水中的热量，制冷剂获得热量后变为饱和蒸汽又进入压缩机，压缩成高压气液体，如此循环不断的将水源水当中的热能提取出来形成热源。

地下水（水温在12-14℃左右）被吸收5℃-7℃的热量，降至5-7℃左右回灌地下，水在渗流过程中吸收地下土壤热量，温度又升至12℃，然后经过地下水流流走或再被抽取上来循环使用。

地源热泵的工作原理与家用什么相同地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能等)实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。

通常地源热泵消耗1kwh的能量，用户可以得到4kwh以上的热量或冷量。

地源热泵是以岩土体、地层土壤、地下水或地表水为低温热源，由水地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热中央空调系统。

根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

“地源热泵”的概念，最早在1912年由瑞士的专家提出，而这项技术的提出始于英、美两国。

北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。

由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴意义地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统热源以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。

组成部分地源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地源换热系统、地源热泵主机系统和室内末端系统。

主要特点(1)地源热泵技术属可再生能源利用技术。

由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。

它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。

这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

(2)地源热泵属经济有效的节能技术。

其地源热泵的COP值达到了4以上，也就是说消耗1KWh的能量，用户可得到4KWh以上的热量或冷量。

(3)地源热泵环境效益显著。

其装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。