地源热泵节能的应用研究

地源热泵节能的应用研究

居延娟1，李枝玲2，陈雅倩1

1江苏恒信诺金科技股份有限公司  江苏  淮安  223001

2江苏汉邦科技股份有限公司  江苏  淮安  223001

摘要：随着经济水平的快速提升，人们对于生活品质有了更高的要求，并且由于工业化生产的深入，环境污染、资源过度开采等环境问题日益突出。节能、环保问题已经成为当前世界多数国家亟需解决的问题之一。地源热泵技术是近代科学发明中一种以经济、节能、环保为特征的热能转移装置，具有广泛的应用空间和发展潜力。本文结合地源热泵常用技术分析地源热泵的节能优势并对地源热泵技术的发展提出建议和展望。

关键词：地源热泵；节能环保；应用

党的二十大提出：“统筹产业结构调整、污染治理、生态保护，应对气候变化，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳的发展模式。”这一战略目标也对能源的应用模式有了新的要求。

能源是人类生存和发展的基础。随着世界格局的变化莫测，能源问题也成为当今社会最为关注的问题，能源价格上涨、能源短缺等问题更为突出。随着全球化的深度融合，能源问题也直接影响到了各个国家和地区的生产及生活。有研究分析建筑用能的能源消耗在整个社会总能耗中占比较高。在全球能源紧缺的背景下，如何选用节能、经济、环保的技术降低建筑用能的能源损耗，成为研究的重点。

一、地源热泵的工作原理及特点

热量的传递如同水流一样是由高位向低位传递。"熵增定律 "中也表明在热传递的过程中热量不会自然的由低温传递向高温。在社会发展过程中，由于生产或生活需要，人们通过运用设备将水源从低处提升到高处[1]。地源热泵技术与此类似，是一种通过设备将热能由低温热源转移到高温热源的热能转换装置，在能量交换的过程实现温位的提高和应用。地源热泵具有环保、节能、高效、资源可再生利用的特点，并且能源稳定性好使用寿命长具有较高的技术水平。

1.1地源热泵的制冷原理

地源热泵制冷原理是将室内的热负荷通过循环的冷冻水将热量带至热泵机组的蒸发器内，通过蒸发器内的冷媒介质吸收热量并蒸发从而降低冷冻水中的热负荷，冷媒所吸收的热量经过换热器传输到地下水或地表水中，然后通过冷冻水的不断循环达到室内制冷效果。

1.2地源热泵的制热原理

    地源热泵系统的制热原理和制冷原理相似，仅仅是改变了传热的方向。通过地埋管循环水将地下热能传输到热泵蒸发器，蒸发器内热媒介质进行蒸发吸热，带走地埋管内传导的热量，热媒经过压缩机压缩在冷凝器内放热，热量通过循环管路传入到室内达到制热效果。

二、地源热泵的主要技术类型

2.1 地表水源热泵系统换热技术

地表水源通常指水库水、海水、河流水、湖水等等。地表水热泵系统主要是对地球表面水源的热能资源进行利用，使用少量的电能将低位热能转换成高位热能的技术[2]。根据水源种类的不同，可以分为海水源热泵系统、再生水源热泵系统和淡水源热泵系统。地表水源的温度对整个热泵系统的节能性和经济性有着重要的影响，需要对过去对于水源温度和户外温度的关系分析，并且需要结合不同气候环境下水源平均温度进行具有针对性的模拟设计。

2.2地下水源热泵系统技术

地下水源热泵系统主要是采用地下水的热能交换，以地下水为低位热源，利用少量电能通过热泵将低位热量向高位转移而进行热能的交换，实现供热或制冷效果[3]。地下水源热泵技术主要适用于地下水资源丰富的区域，开采取用时要经过相关部门的审核监督。地下水源的回灌以及水质处理也是该技术的主要研究方向。并且使用地下水源热泵系统前必须对地区的地质结构进行调查分析，确保合理可行。在地下水源不能直接进行运用时需要通过相关的除砂和过滤技术对地下水进行处理，避免水质处理不彻底导致热泵系统故障。

2.3复合式地源热泵系统技术

在冷热负荷差别较大以及地源热泵系统无法热能负荷需求时通常采用复合式地源热泵技术，当前应用最为广泛的复合式地源热泵技术为太阳能与地源热泵复合式系统以及冷却塔与地源热泵复合式系统。

2.4 地埋管地热源泵技术

   地埋管地源热泵主要是利用传热介质水平或者竖直方向穿过土壤或者岩石然后进行热源交换的地源热泵系统[4]。地埋管换热器主要有水平和竖直两种的埋管两种形式。当外部气候条件对埋管温度影响较大时通常采用竖直埋管，并且竖直埋管占用面积较小，适用于大型工程，而水平埋管形式与竖直埋管相反。

三、地源热泵系统对比VRV空调系统的节能优势

   当前建筑施工过程中，VRV空调被更为广泛的应用，不过通过对比两者之间的应用效果和节能效果地源热泵技术在节能方面更具优势，主要体现在以下几点：

1、地源热泵系统在夏季使用时可以直接采用全热回收机组将热泵换热的热水作为生活热水使用，在冬季使用时也可以减少一半的耗能提供相应生活热水。而空调系统需要采用锅炉进行单独供热，并且制热效率也远不如地源热泵。

2、地源热泵系统的热源和冷源多来自地下能量相对稳定，基本不受外部环境影响。而空调系统的冷热源与室外环境有直接关系，当室外温度变化时会影响制冷及供热效果。

3、地源热泵系统的主机设备通常较小，占用面积较小并且不影响整体的布局和美观性。而空调系统的冷热源均在室外，因此主机也必须在室外放置，影响整体布局的美观性。

4、地源热泵系统运行稳定，在技术应用方面相对成熟，没有较为棘手的安装困难。而空调系统的室外机与室内机热量运输载体是同一个制冷剂内循环，因此对于各个长连接管道的密封性能要求更高，并且运行过程中容易出现破损等问题。

5、地源热泵系统在使用运行过程中不易损坏，并且设备可以放置在地下室或遮风蔽雨的地方，整体维修率较低。而空调系统由于主机在室外长期放置，风吹日晒容易出现腐蚀损坏，在冬季容易结冰结霜，而且空调主机与室内机的接管较长，容易出现泄露情况且不便于维修。

四、现阶段地源热泵技术存在问题和展望

地源热泵技术在我国整体应用并不普遍，分析原因主要有以下几个因素：首先，对于地源热泵的整体认识和了解不足，所以在应用过程中不能及时进行参考和对比；其次，地源热泵技术的初期投入较大，一定程度上会影响到房屋价格，因此会相应的影响人们的主观判断和意识；而且，在我国地源热泵整体技术不够成熟，技术水平仍有一定欠缺；另外，相应的技术人员不够充足，技术人员不足导致人员成本相对偏高，也影响了地源热泵技术的整体发展。

地埋管换热是地源热泵的核心技术，不过由于地源热泵技术整体发展不足，地埋管换热方向的研究仍然不够深入，并且由于我国国土面积大，地质环境复杂，采用地源热泵技术需要充分对建设地区的大地和土壤热性进行测试，在地埋管计算时许多设计人员由于参考性偏少设计时多会保守设计，增加了埋管数量和深度同时也增加了建设成本，导致资源的浪费。地源热泵整体效率也会受到很多外在影响因素，例如回填材料热阻、管壁厚度的热阻、土壤导热系数等都需要进一步的完善和提高。

四、结束语

能源问题成为当今社会中最为突出的问题之一，随着全球局势的动荡和不确定性能源价格不断上涨，能源短缺问题成为很多国家亟需解决的问题。地源热泵作为一种新型的空调技术，具有节能、环保、高效等特点逐渐获得了更多的认可。本文结合地源热泵的应用技术和节能对比，分析了当前地源热泵技术存在的问题，以期为地源热泵技术获得更为广泛的认识和应用尽一份力。

参考文献：

[1] 史先斌.地源热泵空调的节能优势比较及施工技术探讨[J].低碳世界，2018（7）：216-217.

[2] 史大磊.地源热泵技术在暖通空调中的应用[J].门窗，2015（2）：77-77.

[3] 吴昊.暖通工程中的地源热泵技术的应用[J].环球市场，2016（27）：78-78.

[4] 魏燕鑫，左风云.浅论地源热泵技术在暖通空调节能中的运用[J].中华民居（下旬刊），2011（4）：00150-00150.