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地源热泵系统及其应用 ?来源：考试大 ? 2009/6/19 ?? 【考试大：中国教育考试第一门户】 ??模拟考场???视频课程?? 字号:T?|?T 　　把建筑师站点加入收藏夹　　引言???　　热泵技术是在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源的技术。它可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等)转化为可利用的高位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)的目的。利用低位能的热泵技术可以节约燃料，合理利用能源，减轻环境污染。作为一条节能与环保并重的途径，热泵技术在矿物能源日益紧张的当今世界，已引起人们的兴趣和重视。地源热泵是利用地下能源的热泵系统，这是它与水一空气源热泵以及空气热泵的最主要区别。冬季通过热泵将大地中的低品位热能提高品位对建筑供暖，同时蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下，对建筑物进行供冷，同时蓄存热量以备冬季使用。?　　1?地源热泵系统的分类及特点?　　典型的地源热泵系统主要由压缩机、水一制冷剂热交换器、水泵、制冷剂一水(或制冷剂一空气)热交换器、节流装置和电气控制设备等组成。传统的地源热泵系统采用较多的是U型竖埋管换热器。根据埋管深度分为浅层(30m)、中层(30—100m)、深层(lOOm)三类。地下蓄能系统的埋管较灵活，可布置在草坪、花园、农田下面或湖泊、水池内，可布置在土壤、岩石或地下水层内，也可在混凝土桩内埋管。根据利用热源的种类和方式不同，可分为以下三类：地下水热泵、地表水热泵、土壤源热泵或称土壤耦合热泵。?　　1．1?地下水热泵系统?　　目前在民用中已经很少使用，主要应用在商业建筑中。最常用的系统形式是采用水一水式板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。早期的地下水系统采用的是单井系统，即将地下水经过板式换热器后直接排放，这样做一则浪费地下水资源，二则容易造成地层塌陷，引起地质灾害。于是产生了双井系统，一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵系统的优势是造价比土壤源热泵系统低。另外水井也很紧凑，不占什么场地，技术也相对比较成熟，水井承包商也容易找。其劣势在于：(1)有些地方法规禁止抽取或回灌地下水；(2)可供的地下水有限；(3)如水质不好或打井不合格要注意水处理，控制不良或水井与建筑偏远，泵耗能就会过大。?　　1．2?地表水热泵系统?　　地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。地表水热泵系统具有相对造价低，泵耗能低，维修率低以及运行费用少等优点。但是，在公共用的河中，管道或水中的其他设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，这就会产生效率降低，制冷或供热能力降低的后果。?　　1．3?土壤源热泵?　　土壤源热泵以大地作为热源，热泵的换热器埋于地下与大地进行冷热交换。系统主机通常采用水一水式或水一气式热泵机组。?　　1．3．1?按地下埋管形式可分为水平埋管、垂直埋管和蛇形埋管?　　(1)水平埋管热泵系统。现在欧洲普遍使用的此类系统多只用于采暖。水平埋管系统有单层和双层两种形式，可采用u形、蛇形、单槽单管、单槽多管等形式。?　　(2)垂直埋管热泵系统有浅埋和深埋两种。在垂直埋管系统中，管道深入地下，土壤热特性不会受地表温度影响，因此能确保冬季散热与夏季得热间土壤的热平衡。平衡的方法可以采用集热器，在夏季集中热量并送入地下加热土壤，或使热泵反转在夏季为土壤加热，以备冬季之用。集热设备一般采用太阳能和风能集热，此类设备具有高蓄热能力、温升能力。垂直埋管热泵系统较水平系统有许多优点：占地面积小，土壤的温度和热特性变化小，需要的管材少，泵耗能低，能效比很高。而劣势主要在于由于相应的施工设备和施工人员的缺乏，造价偏高。?　　(3)蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器的20％一30％，但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所以有的文献将其归入水平埋管换热器。?　　1．3．2?按有无中间流体分类?　　土壤源热泵分为二次流体地耦热泵，即在制冷剂和大地之间存在一种中间流体，多为水、盐水或乙二醇溶液；另一种用得较少是直接膨胀式地耦热泵系统，即利用大量制冷剂直接在地下盘管内与环境进行热交换。?　　1．3．3?按与土壤换热管道材料分类?　　现在用于土壤系统的管道材料多采用热熔性塑料，包括聚乙烯管、聚丁烯管和聚氯乙烯管(PVC)。由于高密度聚乙烯具有高强度和抗腐蚀能力，所以选用这一类柔性材料作为地下埋管换热材料的土壤源热泵系统寿命可长达5O年之久。?　　1．3．4?土壤源热泵系统性能的影响因素?　　(1)4-壤的温度是影响土壤源热泵系统的主要因素。热泵的效率主要取决于建