地源热泵系统介绍

地源热泵供热空调系统是目前世界上最先进的绿色空调系统。热泵供热空调系统的工作原理是利用环境（空气、水和大地）中的低品位热量，经热泵机组的工作而改变温度，进而实现对建筑物的供热和空调，同时还可以提供生活热水。

地源热泵系统通过循环液在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地之间的换热，利用大地岩土层中的可再生热能。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，与室外气温相比是冬暖夏凉，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。在热泵机组中消耗1kW的电能可以得到4kW以上的热量，即能效比大于4。此外，它保持了地下水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。因此它是一种可持续发展的建筑节能新技术。

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。故该方案不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。

2）地下水系统

项目附近如果有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用开式地表水（直接抽取）换热方式，即直接抽取地表水，将其通过板式换热器与室内水循环进行隔离换热，可以避免对地表水的污染。此种换热方式可以节省打井的施工费用，室外工程造价较低。

3）地表水系统

项目附近如果有可利用的地表水，水温、水质、水量符合使用要求，则可采用抛放地耦管换热方式，即将盘管放入河水（或湖水）中，盘管与室内循环水换热系统形成闭式系统。该方案不会影响热泵机组的正常使用；另一方面也保证了河水（湖水）的水质不受到任何影响，而且可以大大降低室外换热系统的施工费用。

----地源热泵的系统优势

1.高效节能

地源热泵比传统空调系统运行效率要高约30－50％；全年的运行费用要比热网集中供热或燃油燃气供热系统降低20－60％。

2.绿色环保

地源热泵系统省去锅炉和锅炉房，全年仅采用电力这种清洁能源，彻底解决了锅炉造成的大气污染的问题。由于提高了能源的利用效率，大大减少了由于建筑供热空调产生的CO2的排放量。同时避免了地下水源热泵系统可能造成的对地下水的浪费和污染。它是一种清洁的可再生能源，具有极大的环境效益。

3.一机多用

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。机组紧凑、节省建筑空间。

4.美化建筑

系统不需锅炉和冷却塔，也不需家用空调的窗机，令建筑与环境更加赏心悦目。

5.分户计量

便于分户计量核算，计费合理方便。

6.安全可靠

地下换热器采用高密度聚乙烯塑管，寿命长达50年；热泵机组寿命20年以上。运行可靠，维护费用低廉。

----地源热泵空调系统常见技术问题解释

1.问：什么是地源热泵系统呢？

答：地源热泵是一种利用地球浅层资源（包括土壤、地下水、地表水或城市中水）的既可供暖又可制冷的高效节能的空调系统。它利用铺设在土壤、地表水等中的换热管道，实现空调房间和土壤、地表水等的换热，以达到建筑空调的效果。

2.问：地源热泵中央空调系统的节能效果如何？

答：地源热泵中央空调系统是目前国际上最先进的中央空调系统，它的制热量/制冷量和所消耗的电功率之间的比值全年平均高于4.0以上，既输入1千瓦的电能，就能够得到4千瓦以上的热量。制热能耗量较其他采暖方式减少50-70%；制冷能耗量较其他制冷方式减少40-60%。地源热泵系统会为您节省大量的运行费用和维护费用。

3.问：地源热泵系统的节能原理是什么？

答：作为地源热泵系统热量的来源（冬季）和热量的排放源（夏季）的土壤，深度在数米之下，全年温度基本恒定；冬季远高于室外空气温度，夏季又低于空气温度。因此，地源热泵的热量转移的条件远优于空气源热泵，仅需要较少的外界能源即可实现热量的顺利转移。

4.问：地源热泵系统可以同时提供制热和制冷吗？

答：可以。你可以非常方便的从采暖工况转换到制冷工况，甚至你不用到机房切换，只需要按一下安装在您的房间内的控制器。尤其是在大型建筑里面，你不用管别人是在采暖还是制冷，你所做的就是按您自己的感觉做，只要您喜欢。

5.问：地源热泵系统只用于民居建筑吗？

答：不是的。工商企业、商店、办公楼和学校、医院等建筑都可以使用该系统。事实上，仅在美国就安装了50万套左右的住宅和商住楼的地源热泵系统。根据美国环境保护署（EPA）的总结报告，学校是使用这种技术最普遍和最有效的最终用户。仅2000年一年，美国全国使用地源热泵系统的学校节省的能源总量相当于2500万美元，减少了大约5亿磅的废气排放。据EPT测算，如果美国全国的学校都用上地源热泵系统，估算美国每年将减少进口石油6100万桶，创造的环保效能相当于新种植800万英亩树林，或将400万辆汽车改装成不排放废气的车。

6.问：地源热泵系统需要多么大的机房空间？

答：地源热泵系统的热泵机组有三种：一种是小型机组，单机制冷量不大于25 kW时可装于吊顶内，不占用任何室内空间；一种是大型螺杆机组，单机制冷量一般都在几百千瓦以上，需安装在专门的机房内；还有一种是介于两者之间的，机组一般分散安装于建筑内部，不占用专门的机房空间，但需要占用一定的室内空间。总体来说，地源热泵中央空调机组占地面积约为传统空调的三分之一。

7.问：地源热泵空调系统的寿命是多少年？

答：地埋管换热部分寿命50年，热泵机组寿命25年。整个系统没有室外机组，没有风吹、日晒、雨淋、不用频繁的清洗，寿命远远长于空气源热泵的室外机组或者是水冷机组的冷却系统。

8.问：系统噪声多大？

答：地源热泵系统工作起来非常安静，它将为您提供一个宜人的室内、外环境。

9.问：地源热泵系统安全吗？

答：地源热泵机组采用全自动“傻瓜操作模式”，整个系统采取五位的超低、超高压力保护，超低、超高温度保护和压缩机卸载保护。全部机组没有直接对外散热的风扇等设备，不会对儿童造成任何伤害。

10.问：舒适性如何？

答：地源热泵采取小温差工作模式，房间内您不会感觉到任何吹风感，加上自带的新风模式，整个系统为您提供回归大自然般的宜人环境。

11.问：地源热泵系统能为我家提供热水吗？

答：当然。地源热泵系统为您提供采暖、制冷和提供生活热水。提供生活热水所消耗的电能比电热水器可少多了。

12.问：我的室内已经有现成的风机盘管系统、全空气系统或地板辐射采暖系统，可以把它改成与地源热泵系统连接吗？

答：完全可以。技术人员可能会对原有的空调末端系统提出微小的改动的建议，使供热空调效能达到最佳。但是，因为设计工作温度有较大的不同，地源热泵与传统的暖气散热器相连不是推荐的做法。

13.问：地埋管换热系统的工作效率如何呢？

答：地埋管换热系统采用最新的高科技产品，高效的换热效率，平滑的管内壁，一切都做的完美无缺。

14.问：地下埋设的闭合回路管道真的有效吗？

答：通过地下管道采集能源是热泵技术发展的最新技术成果。这一技术的理论构想产生于40年代，但是，直到最近几年热泵技术设计上的革新和地下管道材料技术的发展，才使得以地热为能源的热泵技术，达到了商业化应用的最佳要求。到目前为止，地源热泵技术在经济和技术方面已经成为与传统的供暖、制冷技术同时存在并在现实中应用的成熟技术。

15.问：地源热泵系统是怎样实现环保的？

答：首先，地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料，没有任何直接排放的污染物；其次，地源热泵将室内的热量转移到地下土壤中存放，从源头上根除了空调系统对城市热岛的影响；再次，高效的地源热泵系统采用非常严格的控制系统，实现了能量输出和建筑物能量需求的直接对应，减少了剩余能量的损耗；第四，高效的地源热泵系统，输出同等量的有用能量，仅仅消耗30-60%的电功率，高效的一次能源利用率，是地源热泵系统环保效果的最直接原因。

16.问：冻土层会影响地源热泵系统吗？

答：不会。我们的室外埋管部分仅有一小部分通过冻土层，通过我们合理的设计和安装，冻土层不会对系统的运行产生任何消极影响。

17.问：在极端低温的气候条件下，是否需要备用热源？

答：在通常的舒适性空调系统中，不需要备用热源。地表5米以下的岩土层中全年的温度基本保持不变，不受大气温度的影响，因此地源热泵系统哪怕是在很冷的天气条件下也能够提供建筑所需要的热量。

18.问：地源热泵系统是怎样实现省钱的？

答：一方面，高效的输出功率和输入功率比值。同样的建筑，您将节省下一大笔额外的运行费用；另一方面，“傻瓜操作模式”的运行管理。为您节省下一大笔管理费用和维护费用。两笔费用的节省，使您在很短的时间内就会将您的初投资全部收回。

19.问：这项技术的成本很高吗？

答：初装费用确实比传统系统要高一些，主要是铺设地埋管换热器，费用贵在设计和安装上，而您每年省下的能源费用支出，会很快抵消高出传统系统的安装费用，随着时间的推移，从能源消费的节省上，您可以很快收回投资。同时，系统近于免维护和维修，不仅节省开支，还使您的房产增值。

20.问：地源热泵中央空调系统的安装难度大吗？

答：大多数系统均可方便的实现最优化设计和安装，在改造项目里面，更能体现真正的节能和环保效果。地源热泵中央空调系统的末端部分和传统中央空调系统没什么大的区别，我们同样可以选择风机盘管加新风或者是全空气系统，也可以采用小型水环布置方式和地源热泵系统相结合。

21.问：铺设地下管道是否会破坏院内的草坪或花园景致？

答：研究和实践证明管道不会对自然环境有任何损害。平面铺设管道所挖的地沟宽度只有20厘米，当然这会暂时在草坪上留下一条裸露的地面，很容易用草籽或草皮修补。在中国主要采用竖直埋管的形式，单个钻孔直径约10厘米，占地面积更小，且埋在地下，对草坪没有任何影响。设置地埋管换热器的区域除了可用来绿化以外，也可用作停车场或运动场地等。

22.问：管道低于零下温度时，系统会受到影响吗？

答：不会。管道中的防冻液体可在-20℃时仍正常工作。

----地源热泵户式中央空调经济性分析

户式中央空调是介于中央空调系统和家用空调设备（如窗式空调器、分体式空调器等）之间的一种供暖空调方式。对于高级住宅、别墅、小型高档办公场所，安装中央空调系统显得笨拙，不易调节，还需要专业人员维护，必然造成人力物力的浪费，并且中央空调系统即使只有一家使用，空调主机也要开机运行，费用又需共同承担，极不合理；使用家用空调器又会影响建筑整体美感，并且使用舒适性也不很满意。户式中央空调施工简单，无需专业人员维护，占用空间较小，所以成为该类场所供暖空调的最佳选择。

市场上现有的户式中央空调的形式可归纳为以下几类：

1、制冷剂直接蒸发式一拖多系统。亦即使用一个室外机多个室内机组，分布在不同的房间内供暖空调。该系统安装方便，各居室温度可自由调节，管线占用空间小，但制冷剂管路长且复杂，氟利昂用量大，泄漏的危险也加大了；该系统受气候条件的制约，在-5℃以下使用时必须安装辅助加热器；该系统难以解决新风供应与冬季加湿问题；该系统价格相对较高。

2、室外机为空气-水热泵机，制备冷（热）水供应分布在不同房间内的多台风机盘管。该系统结构紧凑、安装方便，与全空气系统比较占用建筑空间较少，也易与建筑装修融为一体；风机盘管容易控制，各房间可独立控制、方便使用，较易实现节能运行，便于节电。但是该系统无新风供应，风机盘管集水盘内容易滋生细菌，水管入户，存在漏水危险，对施工要求严格；该系统也受气候条件制约，低于-5℃时无法正常工作，需安装辅助加热装置。

3、室外机为空气-空气热泵，制备冷（热）风，通过风管送到每个房间。其优点是采用全空气系统，没有漏水危险；可引入新风，可对室内空气进行过滤、加湿、除臭等处理，空气品质好，是最为接近中央空调的系统形式。其缺点是风管管径较大，占用空间较多；各个房间温度不好单独进行大幅度调节；户外温度小于-5℃时，室外机能效低，产热量低，技术安全性差。

其中，2、3种方式都使用了热泵技术，具有节能效果，但是我们不提倡使用空气源热泵，因为还存在如下一系列问题：

1、存在热岛效应，使得外界局部空间环境条件恶化。

2、当空气温度低于零度时，机组效率下降，并且当温度低于-5℃时，机组效率极低，甚至无法开机，需要附加辅助热源。

3、冬季室外机组需要除霜，浪费能源。

近年兴起了地源热泵技术，使得户式中央空调系统有了更大的发展空间，地源热泵户式中央空调系统实际上就是利用地源热泵作为户式空调的热（冷）源，室外是地源热泵机组，冬季制备热水供室内的风机盘管和地板辐射供暖管路供暖，夏季制备冷水供室内风机盘管制冷。地源热泵技术的主要优点有：

1、高效：地温一年四季基本恒定，略高于该地区的年空气平均温度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。

2、节能：冬季运行时，COP约为4，即投入1KW电能，可得到4KW左右的热能，夏季运行时，COP可达到投入1KW电能，可得到4KW以上的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；并且理管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗。

3、环保：供热时省去了锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。

4、节省运行费用：系统的高效率，压缩机的低功耗，使运行费用大幅减少，只有传统方式的2/3。

5、节省占地空间：省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤场和渣场，节约了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。

6、安全：无燃烧设备，从而不存在爆炸，燃烧的隐患。

7、可再生：土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证了大地热量的平衡。

----地源热泵户式中央空调与常规家用空调比较的技术优势

与传统中央空调和常规空用空调相比，地源热泵户式中央空调有着无可比拟的优势，具体表现在：

1、地源热泵户式中央空调的设备性能稳定，系统寿命可达20年，地埋管换热器寿命更可达40-50年，比普通分体空调器优越的多；其未端既可以使用风机盘管，也可以与地板采暖联合使用，不仅可以单独控制和随意调节各个房间温度，并且地板采暖舒适性更好。

2、地源热泵户式中央空调继承了中央空调系统的舒适性及家用空调布置的灵活性两者的优势，可以根据用户不同需要灵活设计，可以充分体现现代建筑以人为本的思想。

3、地源热泵机组不需要占用专门的机房，并且无需安装冷却塔及泵房，维修简单，运行方便，无需专业人员维护。

4、户式中央空调实现了分户计算，计费方式合理，没有了中央空调的不合理收费，还拥有中央空调的舒适性，既节省能源，又合乎公平性原则。

----经济性分析

北京100m2的家庭125天总耗热量为：100m2×125d×24h×3600×0.05kw=5400万kJ，为获得这么多热量，选用不同的采暖方式，耗用的燃料不同，燃烧效率不同，能源成本不同。现将100m2的家庭采用不同方式供暖成本计算如下：

能源	煤炭	天然气	石油气	柴油	电加热	风冷热泵	地源热泵
单位	kg	m3	m3	Kg	kwh	kwh	kwh
热值(KJ)	20900	36000	48566	43124	3600	3600	3600
效率	0.6	0.9	0.9	0.9	0.95	2	4
单价(元)	0.3	1.6	3	3	0.4	0.4	0.4
成本(元)	1	2.06	2.87	3.24	6.2	2.9	1.45
100m2总费用	1291	2622	3706	4174	6315	3000	1500

由上表可见，燃煤供暖最经济，但是由于北京地区已经限制燃煤使用，综合比较，地源热泵系统为最佳选择。