地源热泵丨地源热泵系统技术原理、系统组成及特点和优点详细说明

地源热泵丨地源热泵系统技术原理、系统组成及特点和优点详细说明
2024年09月12日 09:19 府东暖通

地源热泵技术原理:地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能),即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季,把土壤中的热量"取"出来,提高温度后供给室内用于采暖;在夏季,把室内的热量"取"出来释放到土壤中去,并且常年能保证地下温度的均衡。

冬季

夏季

地源热泵优点:

1、地源热泵技术属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(EarthEnergy,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、地源热泵属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。

据美国环保署EPA估计,设计安装良好的地源热泵,平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。

3、地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。

4、地源热泵一机多用

应用范围广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;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于别墅住宅的采暖、空调。

5、地源热泵空调系统维护费用低

在同等条件下,采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用,它的机械运动部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候,其地下部分可保证50年,地上部分可保证30年,因此地源热泵是免维护空调,节省了维护费用,使用户的投资在3年左右即可收回。

此外,机组使用寿命长,均在15年以上;机组紧凑、节省空间;自动控制程度高,可无人值守。

地源热泵缺点

当然,像任何事物一样,地源热泵也不是十全十美的,如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同;采用地下水的利用方式,会受到当地地下水资源的制约。

地源热泵空调系统是目前可以利用的对环境最友好和最有效的供冷和供暖空调系统。它比空气热泵空调系统节能40%以上,比电采暖节能70%以上,比燃气炉效率提高48%以上,而所需的制冷剂比普通热泵空调减少50%以上,地源热泵空调系统70%以上的能量是从大地中获得的可再生能源。有些品牌的机组还具有三联供技术(供冷、供热、供热水),更是进一步实现了业界最高效的能源综合利用。

系统原理

地源热泵系统是一种由双管路水系统连接起建筑物中的所有地源热泵机组而构成的封闭环路的空调系统。一定深度以下的地下土壤温度会全年恒定在13℃-20℃之间。利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空调系统,地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性。

冬季:当机组在制热模式时,就从土壤/水中吸收热量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并以较高的温度释放到室内。

夏季:当机组在制冷模式时,就从土壤/水中提取冷量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并入室内,同时将室内的热量排放到土壤/水中,达到空调的目的。

系统组成

地源热泵空调系统主要包含地源热泵主机、风机盘管和地下埋管。

主机是一种水冷式的供冷/供热机组。机组由封闭式压缩机、同轴套管式(或板式)水/制冷剂热交换器、热力膨胀阀(或毛细膨胀管)、四通换向阀、空气侧盘管、风机、空气过滤器、安全控制等所组成。

机组本身带有一套可逆的制冷/制热装置,是一种可直接用于供冷/供热的热泵空调机组。地埋管是埋在地下的部分。不同的地埋管并联连接,再通过不同的集管接入热泵主机。

系统特点

传统热泵空调从空气中提取冷热量面临一个矛盾:天气越热,空气就越热,从空气中提取冷量就越困难;同理,天气越冷,从空气中提取热量就越困难。所以,天越热,空调制冷效果越差;天越冷,空调制热效果越差,越费电。

地源热泵是从大地里提取冷热量。由于大地吸收了47%的太阳能,所以较深的地层能常年保持恒定的地温,它远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度,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。

机组利用大地的可再生能源在大地和室内之间转移能量,从而实现用1kw的电力提供4~5kw的冷量或热量。地下土壤的温度常年基本恒定,所以本系统的制冷制热不受环境温度变化的影响,并且制热时无化霜所导致的热量衰减,因此运行费用较低。

夏季制冷时,系统较之常规系统可以为住宅节约40%~50%的能耗,冬季制热时更可节约高达70%的能耗。

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