地源热泵技术简介2014.pdf

基础桩螺旋埋管地源热泵技术简介 1. 国际上地源热泵技术的应用与发展概况 “地源热泵”的概念，于1912 年由瑞士的专家首次提出，而地源热泵 的技术始于英、美两国。1946 年，美国在俄勒冈州的波兰特市中心区 建成了第一个地源热泵系统，但是这种能源的利用方式，并没有引起 当时社会各界的广泛注意，因此在技术和理论上没有太大的发展。20 世纪 50 年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的 能源价格较低，地源热泵系统并不经济，因而也未得到推广。直到 20 世纪 70 年代初，因第二次中东战争爆发的世界能源危机，地源热泵才 开始受到西方政府和学者的重视，有许多公司开始了地源热泵的研究、 生产和安装。在这一时期，欧洲建立了很多水平埋管式土壤源热泵， 主要用于冬季供暖，因此，欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区。 到上世纪 80 年代后期，更多的科学家致力于地下系统的研究，努 力提高热吸收和热传导效率，尤其是 90 年代计算机及自动化技术的加 入，使热泵机组的设计安装更加简便，系统运行更加高效，地源热泵 技术逐步趋于成熟，地源热泵的生产呈现逐年上升趋势。 随着能源消耗、环境污染预防的法律越来越严格和科技的进步， 地源热泵的发展迎来了一个新的高潮。欧洲以瑞士、瑞典和奥地利等 国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术，加之政府采取了相 应的补贴和保护政策，使地源热泵的应用范围迅速扩大，瑞士和瑞典 的年递增率超过 10％。英国政府出台了多种鼓励政策和多项计划，诸 如可再生热能奖励资金(RHPP)和减少碳排放目标等，推动了热泵产品 和技术更广泛地使用，2013 年英国国内热泵市场呈增长态势。美国的 地源热泵生产和推广的速度很快，技术产生了飞速的发展，成为世界 上地源热泵应用的头号大国。 2.地源热泵技术原理和特点 2.1 什么是地源热泵 地源热泵是利用浅层地能进行供热与制冷的一种新型能源利用技 术，是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理，进行冷量和热量转移的一种 设备，即：将地下土壤中热量或者冷量转移到所需要的地方，通常用 于空调制冷或者采暖供热。地源热泵利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能 力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的 冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。 2.2 地源热泵 工作原理 大地地面以下50米的范围，在地质学上定义为地表浅层。地表浅 层的温度受太阳、气候季风的影响，每个季节是变化的。由于浅层体 积很大，岩土的导热性能较低，使得岩土的温度变化滞后于当年气候 平均温度的变化，也就形成了一定的储能。地下岩土是可利用的换热 储能体，这种存储的能量可连续获得并可持续利用，是清洁环保和经 济实惠的能源形式。 地源热泵是利用土壤温度相对稳定的特性，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，通过输 入少量的高品位能源（如电能），运用土壤与建筑物内部进行热量的 交换，实现低品位热能向高品位转移；冬季将地能中的热量“取”出 来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季将室内热量“取”出 来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。 正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。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。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部 分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，整 个热泵装置所消耗的功仅为供热量的 1/3 或更低，这就是地源热泵节能 的原理。 2.3 地源热泵技术的特点 高效节能：地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定， 土壤与空气温差一般为 17 度，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%～60%，因此可以节能并节省运 行费用 40 ％～50 ％左右。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，节能效果显著。 无环境污染：地源热泵的污染物排放与空气源热泵相比，可减少 40 ％以上；与电供暖相比，可减少 70 ％以上，具有良好的节能减排效 果。 一机多用：地源热泵系统可供暖、制冷，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。 维护费用低：地源热泵系统的运动部件比较少，主机系