小型地源热泵空调简介

杨涌

摘要：本文主要分析了小型地源热泵空调系统的相关特征和运用情况，通过相关分析可以进一步提高设备运用的效率，提高环境效益和经济效益，仅供参考。

关键词：地源热泵;特征;可靠性;效益

一、地源热泵空调系统的原理

地源热泵系统是一种以大地作为低温热源的热泵空调技术，其原理是依靠消耗少量的电力驱动热泵机组完成制冷或供热循环，利用大地温度相对稳定的特点，通过深埋于地下的管路系统进行热量交换，冬季通过热泵把大地中的热量取出对建筑供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用。夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用，从而实现制冷和供暖或制备热水的要求。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，提高了空调系统全年的能源利用效率。系统由于采用了利用地下低位热量的特殊换热方式，从而具有普通空调系统不可比拟的节能环保优点。

（一）地源热泵空调系列特点

1、属再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系統，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，地源热利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

2、高效节能

地源热泵机组可利用的水体温度冬季为7-15℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-32℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式及家用空调，机组效率提高。据我们所实施的工程经验估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30-40%的供热制冷空调的运行费用。

3、节水省地、灵活安全

以土壤为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。省去了锅炉房，冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。真正做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。

4、运行稳定可靠

地下土壤的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源的空调冷源，机组的运行工况稳定，由于散热、取热均依靠深层土壤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，更无结霜除霜之虑了，克服了家用空调因外界气温的变化引起的多耗电，效果差等弊端。机组主要零部件全部采用进口设备，维护简单，主机运行寿命可达25年以上。不会产生冷量衰减，普通机组夏季极端高温时冷却塔散热不利，制冷效果下降。地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低;自动控制程度高，使用寿命可长达25年以上。

5、环境效益显著

地源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的地源热泵机组折电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上。地源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。自由运用地热资源，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比。没有冷却塔，减少冷却塔水污染，杜绝“军团病菌”对人体损害。

（二）冷、暖、热水一体热泵机组（DHW）选配

通过回收机组冷凝热提供生活热水，实现冷、热、热水三联供功能，热泵机组内置空调侧、热水侧水力模块，管路连接简单。

工作模式：制冷、供热、热水、制冷+热水、供热+热水

二、地源热泵空调系统的组成

完整的地源热泵空调系统由室内空调系统、地源热泵机组和土壤换热器三部分组成。

（一）土壤换热器

它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭下埋管中的流动，实现系统与大地之间的换热。

1、水平埋管环路

当存在足够的土地空间可供利用时，常考虑采用水平环路，管路安置于挖掘成1.28米深的沟中（与冻土层深度有关），每冷吨需要的土地面积为68-135平方。

2、垂直埋管环路

当土地面积有限时垂直管路是理想的选择，用U型配件连接的两根管插入垂直孔中，每冷吨需要的土地面积为9-49平方。

3、水下盘管

当有可利用水源时，安装池塘（湖）管路非常经济，省去了钻孔的费用，热交换盘管很简单的安放到池塘底部，安装简单方便。

4、开式环路

利用湖水、河水、地下水等这样的自然水源作为冷热源，从上游取水，经热交换后返回下游;也可以从地下抽取地下水，经热交换回灌至地下，不污染水质，在满足最小水量的要求下，地下水或地表水源热泵系统应用是非常经济的一种系统形式。

（二）室内空调系统

室内空调系统可以采用任何常规中央空调系统形式。

（三）地源热泵机组—HRHN、HRHH

地源热泵机组利用土壤换热器的冷热源，进行热泵工作，向室内空调系统提供冷热水。

HRHN 四通阀切换的热泵机组

HRHH 水路切换的热泵机组

HRHN DHW 热回收并内置泵组型热泵机组

三、地源热泵空调热水机组与其他热水设备费用对比

设在相同条件下，将1m³自来水从10℃加热至55℃，需要45000千卡的热量。

能源价格表：民用电：0.61元/度，商用电：1.00元/度，天然气：2.2元/ m³，液化气：5.175元/kg，管道液化气：10.5元/ m³，人工煤气：0.95元/ m³。

四、地源热泵中央空调与其他常用中央空调对比

（一）技术特点对比

综上所述，地源热泵空调系统是最为环保节能的中小型多用途空调系统，可以有效减少锅炉的使用，大大地降低了温室气体的排放来减轻温室效应，有利于创造绿色环保的环境。

（作者单位：江苏新世纪江南环保股份有限公司）