关于地源热泵的概念、由来、工作原理及系统优势

——地源热泵的概念、由来、工作原理及系统优势

地源热泵是最近几年才兴盛起来的节能技术，因节能环保、恒温舒适、集成化程度高在高端住宅和节能建筑区开始逐渐推广。地源热泵技术在欧美国家已经十分成熟，特别是美国和北欧使用范围，普及率已经达到60%左右。我国在九十年代引进地源热泵技术，经过二十年的发展，地源热泵在我国日趋成熟，同时也是国家重点推荐项目。地源热泵是绿特中央空调产品之一，在行业内公认的国际三大空调品牌绿特、特灵、约克中，绿特在地源热泵领域占有更加突出的优势。

地源热泵的由来

地源一词是从英文“groundsource”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。

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。地源热泵生产呈现逐年上升趋势，瑞士和瑞典的年递增率超过10％。美国的地源热泵生产和推广速度很快，技术产生了飞速的发展，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国。从地源热泵应用情况来看，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。

地源热泵的概念

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。

地源热泵的工作原理

作为自然现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温，用著名的热力学第二定律准确表述：“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是地源热泵节能的原理。

地源热泵原理图

冬季地源热泵工作原理

冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。

夏季地源热泵工作原理

夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7-12℃的冷水。了解什么是地源热泵以及地源热泵的由来和原理，我们还应该了解地源热泵的优点。与其他空调产品、采暖设备相比，地源热泵的优势众多。

一机多用

地源热泵可完全代替冷水机组+锅炉两种设备，解决了供暖制冷设备分开使用给用户带来的不便，同时其热回收功能可高效提供大量高品质的生活热水。

高效节能

地源热泵技术是利用土壤温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位能源（如电能），运用土壤与建筑物内部进行热量的交换，实现低品位热能向高品位转移的冷暖两用空调系统。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的时候，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%。

舒适低噪

地源热泵空调，采用全空气系统，舒适性好。空调系统送风均匀，温度分布合理，气流速度小于0.3米/秒，无吹风感。噪音小，采取降噪措施后可小于40分贝。

环保清洁

地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无燃烧产物排放，可大幅度降低温室气体的排放。据美国地热泵协会提供的报告，仅美国肯塔基州路易斯威尔市总建筑面积15.8万平方米的高特.豪斯饭店地源热泵系统，每年可减排CO2849吨；SO219.97吨；NOX14.98吨；微尘2.49吨。

节省空间

没有中央机房、冷却塔、锅炉房和其它室外设备，省去了锅炉房，冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。室内系统是分散式的系统，故每个区域内的主风管道截面高度较小，不会像传统空调系统那样过多占用建筑内的吊顶空间，从而保证每层的使用空间。

安全可靠

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。机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。

控制简单

根据用户要求设体积很小的终端控制器，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。利于采用全系统可编程智能化远程中央计算机控制，具有随人流变化而自动调整地热泵制冷或供暖出力，实现节能最大化，运行费用最小化。还可设置显示和打印设备，可存储、分析各种采暖、制冷、维修等经济及技术数据，促进系统运行最优化。

寿命最长

空调设计寿命10年，燃气锅炉为8-10年；地源热泵机组运行工况稳定，其寿命为20年以上，它比所有各种空调系统和采暖设备的寿命都要长。

低维护费

自动化程度高，无需专业人员操控。地源热泵系统不设冷却塔、屋顶风机，压缩机工作稳定，不会出现传统设备中制冷剂压力过高或过低的现象，维护费用大大低于传统空调；一套设备实现制冷、制热和生活热水，减少对主机设备的维护量。

地源热泵空调系统最大的优点就是节能，在能源日益匮乏，环境日益恶化的今天，节能降耗似乎已经成为全球共同的话题，地源热泵集众多优势于一身，但推广起来仍有一定的困难。地源热泵中央空调安装成本很大，而且对地理环境有一定的要求，并不是每个地方，任何户型都适合安装地源热泵空调系统，舒适100地源热泵工程基本集中在大户型私人别墅，要想全面普及还需要各方共同努力。