漫谈土壤源热泵空调方案的优劣

摘要：目前我国地热能源的开发利用程度还比较低，在地热能源利用方面，土壤源热泵空调是一种利用地热能源实现制冷与供暖的设备。本文通过土壤热源泵的基本工作原理进行分析，阐述了其在实际工作过程中的优点与不足。

关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点

1 概述

最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。

在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。

2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理

土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。

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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图

3 土壤源热泵空调的优点

第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。

第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。

第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。

第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源热泵空调的缺点

第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。

第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。

第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。

5 结束语

在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。

参考文献：

[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.

[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.

[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.

[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.

作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。

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摘要：目前我国地热能源的开发利用程度还比较低，在地热能源利用方面，土壤源热泵空调是一种利用地热能源实现制冷与供暖的设备。本文通过土壤热源泵的基本工作原理进行分析，阐述了其在实际工作过程中的优点与不足。

关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点

1 概述

最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。

在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。

2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理

土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。

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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图

3 土壤源热泵空调的优点

第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。

第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。

第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。

第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源热泵空调的缺点

第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。

第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。

第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。

5 结束语

在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。

参考文献：

[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.

[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.

[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.

[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.

作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。

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摘要：目前我国地热能源的开发利用程度还比较低，在地热能源利用方面，土壤源热泵空调是一种利用地热能源实现制冷与供暖的设备。本文通过土壤热源泵的基本工作原理进行分析，阐述了其在实际工作过程中的优点与不足。

关键词：土壤源热泵空气源热泵优点缺点

1 概述

最近，“雾霾”一词在网络上出现的频率非常高。“雾霾”现象已经严重影响到人们的日常生活和身心健康。雾霾的产生，主要源于人类生产和生活活动所带来的环境污染，而大量开采地表及地下非可再生能源亦是其中一个重要的因素。鉴于此，人类愈发重视生产和生活活动中的节能减排。

在此，本文主要谈谈一种符合新型环保理念的空调方案——土壤源热泵空调的现实应用问题。土壤源热泵的主要工作原理是利用浅层土壤地热能源实现制冷与供暖。这种空调系统通过输入少量的高品位能源（如电能），把地热能源向高温位转移。地热能源可以作为冬季的供暖热源，在经过空调系统转化后实现对地表室内供暖，同样在夏季，又可以作为制冷的冷源。总之，土壤源热泵空调系统充分利用了地热能源在不同季节的功能，实现了资源的循环利用。

2 土壤源热泵空调系统的基本工作原理

土壤源热泵与空气源热泵的工作原理相似。在制冷状态下，制冷剂在蒸发器内蒸发而吸收室内循环空气所携带的热量，通过压缩机对制冷剂做功，使其在室外冷凝器内冷凝，然后通过系统中的循环水路将制冷剂中所携带的热量吸收，最后经过室外地能换热系统转移到土壤里。其工作原理如图1所示。在制热状态下，开始由系统内的压缩机对制冷剂做功，然后利用四通阀将制冷剂的流动方向换向，从而由室外地能换热系统吸收地下土壤里的热量，并在室内侧换热器中将热量释放给室内空气，实现向室内供热。其工作原理如图2所示。

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图1 土壤源热泵制冷原理图图2 土壤源热泵制热原理图

3 土壤源热泵空调的优点

第一，使用土壤源热泵空调可以在很大程度上实现资源的可再生利用。土壤源热泵可以通过吸收地球表面浅层地热资源作为冷热源然后再进行能量转换，从地理学角度来看，浅层地表就是一个太阳能资源储存器，太阳辐射的能量有47%都被浅层地表吸收了。这种地热量大面广、无处不在，它基本不受地理位置、季节气候、资源等限制。这种浅层地表储存的太阳热能资源几乎是无限可再生能源，可以实现反复循环利用，最重要的还是这种能源本身就是一种清洁能源。在地表之下5米的土壤温度比地表气温低，但是基本均衡稳定。

第二，使用土壤源热泵空调的运行费用较低。较低的运行费用使得土壤热源泵有一定的经济可行性。从其与传统空调系统的运行费用相比来看，每年大约可节省40%的运行费用。土壤源热泵空调系统的机组使用寿命长，设计使用年限均在20年左右。较长的使用年限摊薄了每年的成本费用，可以有效地降低使用维护成本。

第三，土壤源热泵空调占地面积小。与传统空调系统相比，机组紧凑，制冷剂的充注量极小，且无需冷却塔、锅炉等，运转安静。故机房占用空间较小，而且其中一些设施可以安置到地表之下。

第四，土壤源热泵空调几乎不产生污染，可以说是一种新型绿色环保空调系统。其充分利用地热能源，转换成可供人们使用的供暖或制冷能源。设备可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源热泵空调的缺点

第一，土壤性能对埋地换热器的影响较大，不同地区的土壤性能差异很大，土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿都会对换热器产生不同影响。

第二，土壤源热泵的连续稳定运行需要有比较均衡的土壤温度为基础，对土壤温度的变化反应过于敏感，在土壤温度发生较大幅度变化时会对土壤热源泵的正常运转造成不良影响。

第三，由于换热盘管的实际占用面积较大，而且在埋管的敷设时需要使用机器打孔，这在一定程度上增加了设备的使用成本。

5 结束语

在环保压力加大的今天，地热能源更需要加大开发利用力度，土壤源热泵这种具有优良性能的新型空调系统在我国具有广阔的应用前景，但在国内有关影响土壤源热泵广泛应用的主要因素（如地下热交换器的传热强化、土壤性质等）的研究还很有限，目前存在的缺点制约了它的应用。我相信，随着科技的发展，土壤源热泵空调方案在我国大范围推广及应用将是必然的结果。

参考文献：

[1]徐伟等.地源热泵工程技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.

[2]王勇.地源热泵研究（1）——地下换热器性能研究[D].重庆:重庆建筑大学，1997.

[3]蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].机械工业出版社，1997.

[4]肖益民等.地源热泵空调系统的设计施工方法及应用实例[J].现代空调，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，刘世朋，曲训帅.应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析[J].科技信息，2013.

作者简介：陈武（1974-），男，江苏泰兴人，无锡职业技术学院控制学院，讲师。

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