地埋管地源热泵和空气源热泵的节能性比较分析 附地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析.docx

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1、地埋管地源热泵和空气源热泵的节能性比较分析摘要：热泵近年来作为空调的冷热源而应用广泛，但是，现在很多地源热泵 投入运行以后却不节能，这是因为人们没有对于地源热泵的充分认识。本文从热 力学的角度来比较地理管地源热泵和空气源热泵的节能性能。关键词：地源热泵；地理管换热器；空气源热泵；节能性比较概述随着中国经济的快速发展，人们生活水平日益提高，空调在百姓人家以及单 位公司的应用越来越多。空调使用热泵则是目前而言发展相对来说较快的技术之 一，也是使用在中央空调中较为理想的设备。而近几年来，作为空调系统冷热源 的热泵应用也是日渐广泛，尤其是在一些中大城市中，如：上海、北京、深圳、 合肥等等。例如，合肥地

2、区中就有很数以千万计的以空气源热泵作为冷热源的建 筑，而且，随着国家环保政策的贯彻实施、绿色概念的积极推行，地理管地热源 热泵的数量猛增。但是，就现在而言，人们对于地理管地源热泵的认识很是欠缺, 这就导致很多地理管地源热泵在运行后并不能节能的局面。空调系统中热泵的应用(1)热泵在空调系统中的应用现在社会中，热泵的可用范围极其广泛，它 既可以使用在木材等的干燥，还可以用于印染和啤酒等等的工业生产。但是，热 泵应用于空调系统中是更为有效有利。因为在这一系统中，热泵可以将低品位的 热源提升为高品位的热源，所以热泵在近几年中发展速度相当快。热泵是空调系 统的冷热源，因为有它空调可以在夏天可以供冷在冬天

3、可以供热。因此，热泵越 来越受到人们的重视。(2)常用的空调热泵种类空调系统中冷热源一热泵的分类有很多方法，如: 按其循环的原理来分类，按其吸热放热的介质来分类以及按其吸热源的类型来分 类等等很多种。而按其吸热源的类型来分类可以将热泵分为以下几类2：1、空气源热泵：空气源热泵的优势非常明显，而且不是其他之类的热泵可 以比拟的：a、安全。不需要燃气，不会产生废气，也不会产生露点的危险；b、舒适。在使用热水时不会有忽冷忽热的现象，而且可以全天全年的供给 热水；c、环保。空气源热泵的热水器中排出的冷风可以降低室温。空气源热泵的种类包括：a、冷暖空调机和一拖多；b、VRV和多联机；c、风冷式冷热水热泵

4、。地理管地源热泵(地源热泵、大地耦合式热泵)：是以大地作为热源来对建 筑物进行空调的技术。其基本工作原理为：夏季，热泵从室内吸收多余的能量并将其转移释放至地 源中，实现建筑物的空调制冷；冬季，热泵从地源中吸收到热量，并向建筑物提 供热量。具有很多的优点：a、属于可再生的能源利用技术；b、属于经济有效节能技术；c、有显著的环保效益；d、可以一机多用且适用范围广泛；e、维护费用相对来说较低等等。地理管地源热泵的种类包括：a、竖直埋管式的地源热泵；b、水平埋管式的地源热泵；c、竖直埋管加水平埋管式的地源热泵。3、水源热泵：a、地下水源式热泵；b、地表水源式热泵；c、污水水源式热泵；d、海水水源式热泵

5、。三、空气源热泵和地理管地源热泵的节能性比较虽然每种热泵都有自己的优点，但是在实际应用中，我们应该时刻注意着各 种热泵的节能效果。在绿色时代的发展中，节能环保已经是需要时时刻刻考虑的 问题。就以合肥地区的热泵情况为例来进行分析。在合肥，夏季时空调的设计温度在35.1,其最高温度在40.3C；而冬季空 调的设计温度在-7,其最低温在-13.5。早期的热泵，其夏季的冷凝温度和冷 凝空气的进口温度的差值较大，而现在热泵的夏季冷凝温度和冷凝空气的进口温 度的的差值较小。就产区而言，进口热泵的夏季的冷凝温度和冷凝空气的进口温 度的差值较大，国产热泵的夏季的冷凝温度和冷凝空气的进口温度的差值较小。 经研究

6、发现，在合肥地区，地理管地热源热泵在冬季中的节能效果要比在夏季中 的节能效果好。而且总体而言，地理管地源热泵的节能性要比空气源热泵的节能 性好。夏季，28环境下空气源热泵运行时消耗的能量相当于地源热泵的水源侧进 的水温度在30C；冬季，5环境下空气源热泵运行时消耗的能量和地源热泵在 0时运行消耗的能量相当。虽然从小处来讲是不会差很多，但是，如果将所有 的空调用户以及工厂等都加在一起，在将全年的能量差加在一起，那么这将是一 个非常可观的数字。能量消耗随着经济的发展也是日益增多，但是，环境的破坏却也是随之加重。 所以在有关能量消耗的领域，要将节能这一项目考虑进去，作为项目评价的一项 重要的指标。总

7、结随着经济的发展，对于热泵的要求越来越高，当然其节能效果的好坏相当重 要。相对于空气源热泵来讲，地理管地源热泵则就属于节能性好的一类。地理管地源热泵在北美以及欧洲的很多国家已经得到非常广泛的使用，已经 是一种非常成熟的空调技术。但是，在我国，地理管地源热泵的使用还处于刚刚 起步的阶段。在社会中推广地理管地源热泵技术是需要来自很多方面的帮助：政 府政策的引导、设计人员以及具体施工人员的相关培训、提高大众对地理管地源 热泵的认识等等。在我国，随着经济的发展以及人们生活水平的升高，空调以及 供热已经成为百姓的正常生活需求，而且逐渐向着农村扩展，其市场前景非常好。 所以，国家和企业都应该增加相应的技术

8、资金的投入以及人才的大力培养。当然, 与此同时，我们应该虚心想技术发达的国家请教学习，但是在实际应用中，应将 我国的实际情况和气候条件考虑进去，我们借鉴的应该是他们的经验而不是照搬 照抄。并且在实际使用中时时总结经验是非常重要的、必须的。地理管地源热泵的应用会使得我国经济和环境在一定程度上得到有效地共 发展，这是一项非常有价值的应用。参考文献：1陆耀庆，实用供热空调设计手册M, 2版，北京：中国建筑工业出版社, 2008.2中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系，中国 建筑热环境分析专用气象数据集M,北京：中国建筑工业出版社，2005.3彦启森，石文星，田长青，空气调节用制冷

9、技术M, 3版，北京：中国 建筑工业出版社，2004地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析摘要通过对地埋管的地源热泵中央空调的了解与研究，在其冬、夏季运行期 间，对累积取热量、地层的岩土体累积排热量的多种平衡情况和我们国家的不同 地域所对应的不同的气候情况，我们提出了以下几种不同的设计计划，而且针对 各种情况进行逐一讨论，从而论证了它们各自拥有的特性和其适用情况。关键词地埋管换热器；空调系统；地源热泵地源热泵中央空调的技术能够适应现在中国正热的节能与减排的重要国策， 而且，它能在储存热量的同时妥善处理好浅层土壤里的能量。这种方法可以做到 更好的供暖，而且在夏季的空调和冬季的供热方面的费用就

10、大大降低了。因此种较好的特性，使得该种技术受到国人广泛的关注，引起国人浓厚的兴 趣。众所周知，地源热泵工程拥有多种形式，相应地，在地埋管地源热泵、地表 水地源热泵、地下水地源热泵等多种不同形式的地源热泵工程里，地埋管地源热 泵的发展是最为迅速的，因此本文就详细论述了这一点。我国最大的特点就是有着广阔的土地和丰富的地质资源，因此，我国各个地 区的气候存在着不小的差异。所以，在地源热泵的使用方面，应该做到把不同地 区区分开来，然后仔细比对不同方案的区别，准确判断出不同的气候地区应该使 用的地源热泵方案。在当下地源热泵的行业中，对于严寒地区或是冬暖夏热地区 采用地埋管热泵是否合理的观点一直存在着一些

11、问题。1提出不同的方案，做到具体问题具体分析地源热泵在我国国土南方与北方广大宽阔的地方的发展与改革现在已经渐 渐的体现出来。小到建筑面积只有数百平方米的小型别墅，大到占地面积拥有数 十万平方米的大型商业建筑，均有工程的实例出现。正是因为地埋管地源热泵拥 有的特点是众多其它技术无可替代的，所以如果在同样条件下地源热泵所体现的 经济效益和使用方面比其他的技术更多更好的时候，地源热泵系统应该是首先考 虑的。当下的很多知名建筑工程都运用了这种技术，但是由于我国地域、气候方 面有所差异所以地埋管地源热泵中央空调方面的设计就要全方面的考虑了。第一 种方案：就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷却塔的组合；第二

12、种是把普通的 热泵机组换成热回收热泵机组再搭配冷却塔的组合；第三种方案是地埋管和双冷 凝器热泵机组再搭配闭式冷却塔的组合；最后一种方案是地埋管加上热泵机组再 搭配太阳能的组合方式。2各种方案的实际原理地源热泵系统工程技术规范上面有明确的要求：应提前计算好至少一年 内的动态复核，在这一年时间中，地源热泵的释放与排放的热量和提取浅层土的 能量应达到一个平衡的状态。1）地埋管地源热泵系统的工作原理是将室内多余部分的热量通过地埋管排 放到外界，这就使得室内有一个舒适的适宜生活的环境。因为地埋管换热和室外 地面的换热之间通常是不稳定的。所以散热器是所有程序的中心。热量从散热器 出发扩散向四周，向土壤中的

13、岩石或室外的空气中散发。夏天时，地源热泵运行 时排放出的热量就会向换热器周围扩散，在日积月累的情况下扩散的速度就会减 慢，那么随之而来地埋管换热器的实际作用就慢慢降低了。在冬天运行时，土壤 中的热量会被散热器收集起来，这也造成了换热器作用的降低。如果说每年的热 量排放量与提取量有很大的差异的话，随着使用时间的增加，自然调节的能力就 会大大减弱，到一定程度，地源热泵系统也就发挥不出应有的作用了。同时，与制热相对应的，地源热泵在制冷的方面，热泵冷凝器的排热量被热 泵系统传送到地埋管换热器里。也就是说建筑与热泵机同时在消耗能量，与此同 时循环水泵排放到水中的热量也在其中存在；供热的时候就恰恰相反，这

14、其中时 间是决定温度变化的最直接的因素。2）不同的设计方案的机理是基于岩土体的热平衡状况来说的，换句话说， 它的决定条件是各个地区的气候和空调房功能方面的差异和由运行方式导致的 排放热量和吸收热量存在的差异。很多人都希望岩土土地不达到热平衡的状态， 因为地埋管热泵的排放热量和吸收热量的差异是很明显的，首先，是不希望原有 的良好生态环境遭到破坏和损毁；第二个原因就是热平衡改变情况如果很大，那 么土壤内岩石和泥土的温度就会持续性的连续升高或者连续降低，这就导致整个 地源热泵中央空调系统遭到很大的影响，其中最大的影响就是地埋管换热量的持 续性衰减，这种现象严重影响了整个空调系统的使用。3列举其中几个

15、方案的特点并分析第一种方案的构成特性并分析其特征：第一种方案适合用在一种特定的工程 应用上，这种应用的特点是建筑物全年累计排放的热量明显大于累计吸收热量。第一种方案的构成特点。第一种方案就是地埋管和普通的热泵机组在搭配冷 却塔的组合，这种组合适用于从全年累计排热量来看夏季大于冬季的建筑工程 里，这种方案可以使系统排放的热量和系统吸收的热量达到基本平衡，可以把多 余的一部分热量排放到其他不影响整个系统的地方，使其不排放进浅层土壤。使用冷却塔的原因就是如此，冷却塔可以更好的将热量排放到大气当中。以 此种方法进行设计的建筑工程有很多。这个方案在实际的应用上确实可以使土壤和建筑达到基本热平衡，而且成本

16、 不高，适合投资，而且在地埋管放置的设计方面不需要很大的占地面积，已经可 以说基本达到国家现在积极倡导的节能减排，降低污染的标准。以下为黑龙江的工程实况：坐落于黑龙江省的一栋商业性性质的办公建筑， 它的组成是3层商业楼和13层办公楼，整个工程的总建筑的的面积是21274m2o 黑龙江地区的制冷季节大约是2、3个月，而供热季为7个月左右。所以，该地 区埋管地源热泵中央空调工程，冬季的总排量约是夏季总散热量的3倍左右。第二种方案的构成特点。第二种方案是把普通的热泵机组换成热回收热泵机 组再搭配冷却塔的组合，在整个方案的实行过程中不需要太多的生活热水，并且 可以利用热回收机组吸收并储存起来的热量来对

17、自来水进行加热，使其达到生活 用水的标准。而且在实际应用上不能达到与外界的基本热平衡的情况下，可以通 过增加冷却塔的方式，使冷却塔能更好的向大气排放多余的热量。第三种方案的构成特点。第三种方案是地埋管和双冷凝器热泵机组再搭配闭 式冷却塔的组合，假设它的热泵机使用的是双冷凝机组而不是标准的冷凝机组， 并配备上闭式冷却塔。那么就需要重新设计双冷凝器机组，从而使其达到应有的 效果。第四种方案的构成特点。第四种方案是地埋管加上热泵机组再搭配太阳能的 组合方式。这个组合最明显的特点是在寒冷的冬季也可应用太阳能，这一方面补 足了热泵机组的不足，同时，在另一个方面，夏天空调系统使用的过程中也可以 把太阳能产

18、生的热水通过合理的方式流入地埋管换热器，这可以更好地控制散热 器的损耗问题。这种方案最早在天津实施并取得很好的成效，同样，我国的西北、 东北等太阳能资源较为丰富的地区也可以实行这种方案，而且，其全年的日照时 数可能会达到22003210小时。正是因为这个原因，太阳能可以成为为岩土体提 供储热的方式之一。最后，以上的方案要按照实际需要并结合各方面的因素合理的确定，不足之 处还要根据实际情况加以改良。参考文献1何耀东，孟震.地源热泵中央空调的多种设计方案及其特性分析J制冷技 术,2009, 29 (2)： 7-112李福才.地埋管地源热泵中央空调技术的应用探讨J .城市建设理论研究 (电子版)，2013 (15)3陆建甑.地源热泵中央空调节能控制的系统研究J.民营科技，2015 (9)： 4.