浅谈小型家用地源热泵的应用

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[摘 要]地源热泵这一新兴技术受到广泛关注，其发展潜力巨大。对我国大部分地区，具有较高适用性，在我国有很好的应用前景。

[关键词]地源热泵；家用；应用及分析；国内发展及分析

中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0028-01

引言

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。热泵机组的能量流动是利用其所消耗的能量（如电能）将吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源。而其所耗能量的作用是使制冷剂氟里昂压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。

通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到5kW以上的热量或4kW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省四分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～15℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60% 。因此，近十几年来，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

一、地源热泵的组成

热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成：压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏；蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。

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”。

二、地源热泵的使用现状

加拿大：2005年地源热泵系统新增比例增加了50%。

瑞士、挪威：是世界上地源热泵应用人均比例最高的国家，应用比例高达96%。

奥地利：应用比例为45%。

丹麦：应用比例为35%。

日本：是亚洲地源热泵技术最先进，使用比例最高的国家。

中国（China） 1997年，美国能源部（DOE）和中国科技部签署了《中美能效与可再生能源合作议定书》，其中主要内容之一是“地源热泵”项目的合作。

1998年，国内重庆建筑大学、青岛建工学院、湖南大学、同济大学等数家大学开始建立了地源热泵实验台，对地源热泵技术进行研究。

2006年，1月，国家建设部颁布《地源热泵系统工程技术规范国家标准》。

2006年，9月，沈阳被国家建设部确定为地源热泵技术推广试点城市，到2010年底，实现全市地源热泵技术应用面积约占供暖总面积的1/3。

2006年，12月，建设部文件《“十一五”重点推广技术领域》。作为新型高效，可再生能源新技术的水源热泵技术被列入目录。当前，中国地源热泵产品生产厂家已经超过80家。

三、现有热泵技术在家用领域存在的问题

（一）初期投资大

地源（地下耦合）热泵系统需要在建筑物周围大面积埋管，不仅投资大，而且施工操作和维护都不方便。另外，水源热泵空调是利用江河湖泊水源，受地理环境限制较大，若采用造人工湖的方式改造地理环境来做家用空调系统投资更大。

（二）政府政策支持与财政补贴稍显薄弱

地源热泵是一项节能环保的技术体系，但在房地产应用推广中投资还是相对较高，开发商不愿意在自己的系统中使用这种技术，政府在政策上的支持力度也还是稍显单薄，鼓励与补贴政策也还不很明确。

（三）对地源热泵系统研发还不够深入

地源热泵目前在国家标准规范、宣传材料、系统图集方面还有所欠缺，同时在科研上还有一些问题没有取得突破。

此外，国内地源热泵产品生产商的产品型号不全、可靠性不高也是问题之一；已经成熟的技术没有得到及时广泛的推广和普及，也给此项技术应用造成了一些障碍。

四、家用型水源热泵地温空调开发综述

（一）总体设计思路

根据上述热泵技术及地温技术在家用空调领域应用的分析，我们采取了综合运用各种现有技术优势，针对家用空调系统特点，解决一些存在的技术难点，弥补了相关技术在此领域的缺陷，其总体设计思路如下：

总体借鉴中央空调系统思路，主体采用热泵技术，利用沉井获取地能，末端揉合水源热泵分体机技术，地能输出端增加储能箱及水流控制与计量装置，采取调整回路方式减少高成本材质的使用. 通过以上措施，使开发的家用空调系统能满足节能、环保、初始投资低、可分户控制、单独计量、施工维护简单的要求. 特别是该新技术将总体设计思路构架在空调现有技术及产品基础上的整合与提升，技术实施及产品实现非常容易，有效避免了一般新产品在开发期必须面对的大量资金投入。

（二）系统结构及工作原理

该系统组成部分由沉井、水泵、地下水输出的计量与控制装置、地能储水箱、针对每户冷热负荷选型的分户热泵主机、针对户内每个房间冷热负荷而选型的现有水源热泵分体挂机及柜机，以及各分体机房间的线控或遥控装置等，外加管路装置。

五、地源热泵发展空间广阔

目前，我国城乡既有建筑总面积约400亿平方米，其中城镇约为160亿平方米，在城镇中居住建筑面积约为105亿平方米，其中能达到建筑节能标准的仅占5%，其余95%都是未来需要陆续进行节能改造的高能耗建筑；同时，我国每年新增房屋建筑面积约20亿平方米，预计到2020年底，我国新增的房屋面积将近300亿平方米，新增城镇民用建筑面积将为100亿～150亿平方米。

据专家测算，目前我国发电装机容量为5.08亿千瓦，百米内地下水每年可采集的低温能量约为2.2×108千瓦，相当于其43%，近百米内的土壤每年可采集的低温能量相当于1.5×1012千瓦，则是其2950倍，浅层地能的应用仍然有相当大的市场发展空间，如果全国每年在1亿平方米建筑中推广应用地源热泵系统供暖空调，则每个采暖季可替代374万吨左右标煤，或25亿立方米左右天然气，削减约6.4万吨氮氧化物、933万吨二氧化碳、约16万吨颗粒物的排放。鉴于此，建设部提出，在“十一五”期间，推广浅层低能使其使用面积达到2.4亿平方米。

六、结语

将地源热泵技术应用于家用小型中央空调的技术满足空调行业的节能、环保的发展趋势，且具有很强的可行性。随着地源热泵技术研究的不断发展，必然会对能源的科学、合理利用起到很好的促进作用。

参考文献

[1]《建筑节能技术》 -武涌，龙惟定主编 2009 地源热泵系统

[2]《蓄能空调技术》 -方贵银等编著 2006 地源热泵工作原理 C 地源热泵

[3]《地埋管地源热泵技术》 -刁乃仁，方肇洪著 2006 地源热泵组成及运行 397～432

[4]《建筑通风空调新技术及其应用》 -放等编著 2010 应用地源热泵的意义 第五章 50～55

[5]《地源热泵技术与建筑节能应用》 -赵军，戴传山主编 2007

[6]《地源热泵技术的节能原理》 2009