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。
一、地源热泵工作原理
地源热泵是利用水与地能(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、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中地源热泵机组主要有两种形式: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,地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。
二、地源热泵分类
1.地源按照室外换热方式不同可分为三类
(1)土壤埋管系统
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。
2.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。
三、地源热泵系统优势
1.高效节能
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。冬季运行时COP值为4以上,即投入1KW电能,可得到4KW以上的热能;夏季运行时COP值为5以上,即投入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。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.安全可靠
无燃烧设备,从而不存在爆炸、燃烧的隐患。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。
4.一机多用
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。
5.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。
6.分户计量
便于分户计量核算,计费合理方便。