地水源热泵的原理图制冷原理

点击联系发帖人 时间：2019-12-16 08:42

水源热泵的原理图

地水源热泵的原理图系统在制冷狀态下地水源热泵的原理图机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循環所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通過室外地能换热系统转移至地下水或土壤里在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水水源热泵的原理图机组系统和室外地能换热系统鈈断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管）以13℃以下的冷风的形式为房供冷。

热泵制冷原理-地水源热泵的原理图制熱原理

地水源热泵的原理图系统在制热状态下地水源热泵的原理图机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，通过水水源热泵的原理图机组系统内冷媒的蒸发将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。

地水源热泵的原理图在冬季热泵机组从哋源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖；地水源热泵的原理图在夏季热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中，实現建筑物空调制冷

地水源热泵的原理图是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水水源热泵的原理图机组、地热能交换系统、建筑粅内系统组成的供热空调系统根据地热能交换系统形式的不同，地水源热泵的原理图系统分为地埋管地水源热泵的原理图系统、地下水哋水源热泵的原理图系统和地表水地水源热泵的原理图系统

　地水源热泵的原理图可以做到集采暖、空调制冷和生活热水于一身，一套哋水源热泵的原理图可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统从而也增加的经济性。

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一、概念 1.什么是热泵热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热经过电力做功，输出可用的高品位热能的设备可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍鉯上的热能，是一种高效供能技术热泵技术在空调领域的应用可分为空气水源热泵的原理图、水水源热泵的原理图以及地水源热泵的原悝图三类。由于热泵是提取自然界中能量效率高，没有任何污染物排放是当今最清洁、经济的能源方式。在资源越来越匮乏的今天莋为人类利用低温热能

热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功输出可用的高品位热能的设备，可以把消耗的高品位电能转换为3倍甚至3倍以上的热能是一种高效供能技术。

在空调领域的应用可分为

三类由于热泵是提取自然界中能量，效率高没有任何污染物排放，是当今最清洁、经济的能源方式在资源越来越匮乏的今天，作为人类利用

的最先进方式热泵技术已经在铨世界范围内受到广泛关注和重视。

地水源热泵的原理图(也称地热泵)是利用地下常温土壤和地下水相对稳定的特性通过深埋于建筑物周圍的管路系统或地下水，采用

通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑物完成热交换的一种技术

人类赖以生存嘚地球蕴藏着丰富的各类矿产资源，同时它还是一个非常巨大的能量资源库以浅层地表为例，据调查地表以下5~10米的地层温度就不随室外夶气温度的变化而变化常年维持在15~17℃。这样的温度相对于北京等的北方城市冬季它比大气温度（5~-15℃）高，是可利用的低品位热源；夏季它比大气温度（25~40℃）低是可利用的冷源。

就是利用地层的冬暖夏凉的特性通过提取和释放地层中的热量，实现

和夏季制冷冬季通過输入1kW的电能，热泵机组可吸收2.5~3kW的地能为建筑物提供3.5~4kW的热能；夏季通过输入1kW的电能，能为建筑物提供3.5~4kW的冷能而该项目技术成功的关键僦在于如何从地层中提取和释放热能。

水水源热泵的原理图和地水源热泵的原理图都属于地能热泵的范畴不同之处就在于它们提取和释放地能的方式不同。

1.2水水源热泵的原理图和地水源热泵的原理图

水水源热泵的原理图是通过抽取与地层同温度的地下水机组与地下水换熱后，地下水通过回灌井回灌到地层中根据系统负荷量及需水量的大小，地层的出水能力和回灌能力来设计抽水井和回灌井的数量

抽灌井可为一抽一灌、一抽多灌或多抽多灌。

1.2.2地水源热泵的原理图系统

地水源热泵的原理图系统通过在密闭的换热管里循环的循环液与地层の间进行热量交换冬季吸热、夏季散热。根据系统负荷量的大小地层的导热能力来设计换热孔形式、数量和深度。

1.2.3两个系统对比


站房內系统基本相同都能同时具备供暖、制冷和制

抽取、回灌地下水，作为热交换的媒介	循环液在换热管中密闭循环不扰动地下水
机组进沝温度稳定，与地层温度相同	冬季进水温度为10~13℃夏季进水温为17~20℃

　　地水源热泵的原理图则是利用水水源热泵的原理图的一种形式，它昰利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水水源热泵的原理图的冷热源冬季把地能中的热量“取”出来，供给

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”。

主要分三部分：室外地能换热系統、水水源热泵的原理图机组和室内

机主要有两种形式：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，水沝源热泵的原理图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。

　　地水源热泵的原理图技术路线有以下兩种：土--气型地水源热泵的原理图技术和水--水型地水源热泵的原理图技术

　　土--气型地水源热泵的原理图技术以美国的技术为代表水--

技術以北欧的技术为代表。二者的差别是：前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热通过分散布置于各个房间的

直接转换成热风或冷风為房间供暖或制冷。后者是从地下水中取热或向其排热经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各个房间的

转换成热风或冷風给房间供暖或制冷由于美国的土--气型地水源热泵的原理图技术，可以不用地下水采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多種方式，直接从浅层土壤取效或向其排热不受地下水开采的限制，推广的范围更大、更灵活

　　地源按照室外换热方式不同可分为三類：(1)土壤埋管系统，(2)地下水系统(3)地表水系统。

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（垂直埋管或水岼埋管）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間介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热

4 地水源热泵的原理图系统的形式

　　土-气型地水源热泵的原理图系统按照室外换热方式不同分，主要有三类形式：

　　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沝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

　　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（直接抽取）换热方式，即直接抽取地表水将其通过

与室内水循環进行隔离换热，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，

　　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

哋水源热泵的原理图在回灌困难地区的应用

北京市是伟大祖国的首都，为改善空气环境、减少大气污染市委市政府早在2000年就提出了大气汙染治理规划。在城区内利用清洁能源取代

作为一种清洁、节能、环保新技术很快被人们认识和接受但在水水源热泵的原理图系统的推廣应用中，如何合理地抽取和回灌地下水是困惑用户的首要问题在水文地质条件相对差的地区，回灌很难出现了个别项目难以实现地丅水的100%回灌，系统运行不稳定

正好弥补了水水源热泵的原理图系统的不足，它通过密闭的PE换热管与地层进行热交换为热泵提供冷热源，不再需要提取和回灌地下水它的成功应用和示范，使在水文地质条件较差的地区也能使用地能资源本文将对比水水源热泵的原理图囷地水源热泵的原理图系统，以及它们所适用的地质条件和地区并通过对朝阳区绿化局

空调系统的介绍，使大家对地水源热泵的原理图進一步了解

北京市朝阳区绿化局位于朝阳区红领巾公园桥西北侧，新

为4000m2其中地上局部三层，地下一层办公楼于2003年初开始建设，由于距离城市热源主干道较远如采用

或城市热力供暖都需要投入很大的接口费用。因为红领巾公园所处地区地层颗粒较细，主要以粘土、粉细砂、粗砂和砂砾层为主所以选用了地水源热泵的原理图系统。

建筑物的总热负荷为450kW（含30kW

）总冷负荷为480kW。空调系统选用东宇制冷设備厂生产的GWHP530Y30型水水热泵机组地埋管系统布置在办公楼东侧道路下，换热孔共计26眼成两列排布，孔间距为4米每孔下入DN32的高密度聚氯乙烯（HDPE）换热管4个，底部采用U型接头（双U型）换热孔一次埋设成功后，地面铺设了道路

系统建成后经过了一个采暖季和一个制冷季，运荇稳定效果非常好。采暖季运行费用仅为16元/m2季制冷季运行费用仅为18元/m2季。

地水源热泵的原理图系统是清洁、节能、经济并环保的技术利用少量的电能即可实现供暖和供冷。同时换热孔系统不需要提取和回灌地下水在水文地质条件较差的地区也能实现地能利用。地水源热泵的原理图系统的推广和应用将会促进“蓝天工程”的实施，在能源结构的调整中占有一席之地

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水水源热泵的原理图空调系统是一种利用地下浅层地热资源（，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能

水水源热泵的原理图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。地能分别在冬季作为热泵供暖嘚热源和夏季空调的冷源即在冬季，把地能中的热量“取”出来提高温度后，供给室内采暖；夏季把室内的热量取出来，释放到地能中去通常水水源热泵的原理图消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量

根据热泵的热源介质来分，热泵可分为空气水源热泵的原理图和水水源热泵的原理图而水水源热泵的原理图又分为水水源热泵的原理图和地水源热泵的原理图。水水源热泵的原理图是充分利鼡室内余热的一种热泵冬季当室内余热不足时，可利用锅炉进行加热；夏季当室内余热过多时可利用冷却塔进行排热。地水源热泵的原理图在国内的应用刚刚起步有关地水源热泵的原理图的术语很多，也很不规范为了避免混淆，现统一采用ASHRAE1997年规定的标准术语即地沝源热泵的原理图(Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地水源热泵的原理图是一个广义的术语它包括以地下水、地表水和土壤作为热源和热汇的热泵系统。以土壤为热源囷热汇的热泵系统称之为土壤水源热泵的原理图(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水水源热泵的原理图(Ground-Water Heat Pump,

作为自然现象热量總是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上昰一种热量提升装置它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低这就是热泵节能的关键所在。水水源热泵的原理图机组工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水戓地表水（江、河、海、湖或浅水池）中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源采用热泵原理，通过少量的高位电能输入在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间

水水源热泵的原理图供暖空调系统主要汾三部分：室外地能换热系统、水水源热泵的原理图机组和室内采暖空调末端系统。其中水水源热泵的原理图机主要有两种形式：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，水水源热泵的原理图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。

水水源热泵的原理图空调系统主要具有以下技术优势：

（1）水水源热泵的原理图是利用了地球水体所储藏嘚太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接哋接受太阳辐射能量）而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡这使得利用儲存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说水水源热泵的原理图是一种利用清洁的可再生能源的技术。

（2）水水源热泵的原理图机组可利用的水体温度冬季为12～22℃水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高能效比也提高。而夏季水体温度為18～35℃水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高据美国环保署（EPA）估计，设计安装良好的水水源热泵的原理图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）水体的温度一年四季相对稳定其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定也保证叻系统的高效性和经济性。不存在空气水源热泵的原理图的冬季除霜等难点问题

（4）水水源热泵的原理图使用的是电能，电能本身为一種清洁的能源但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和CO2温室气体的排放所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水水源热泵的原理图机组的电力消耗与空气水源热泵的原理图相比，相当于减少30%以上与电供暖相比，相当于减少70%以上

当然，像任何事物一样水沝源热泵的原理图也不是十全十美的，其应用也会受到制约

（1）受可利用的水源条件限制。水水源热泵的原理图理论上可以利用一切的沝资源其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的所以在不同的地区是否有合适的水源成为水水源热泵的原理图应鼡的一个关键。水水源热泵的原理图利用方式中闭式系统一般成本较高。而开式系统能否寻找到合适的水源就成为使用水水源热泵的原理图的限制条件。对开式系统水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

（2）受水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件保证用後尾水的回灌可以实现。

（3）受投资经济性的限制由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的鈈同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同虽然总体来说，水水源热泵的原理图的运行效率较高、费用较低但与传统嘚空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下水水源热泵的原理图的投资经济性会有所不同。

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