地源热泵系统讲义1117.ppt

地源热泵空调系统 海天工程 - 1地源热泵空调系统报告人：工程华东 王静地源热泵空调系统 海天工程 - 2一﹑概念地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能 源利用技术，是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和 逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备.地源热泵通 常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的 地方.通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的 .地源热泵还利用了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 冷热循环地源热泵空调系统 海天工程 - 3二﹑地源热泵的由来地源一词是从英文“ground source”翻译 而来，汉语的内涵则十分广泛，应包括所有地下 资源的含义但在空调业内，目前仅指地壳表层 （小于400米）范围内的低温热资源，它的热源主 要来自太阳能，极少能量来自地球内部的地热能 “地源热泵“的概念，最早于1912年由瑞士的 专家提出，而该技术的提出始于英、美两国 北欧国家主要偏重于冬季采暖，而美国则注重冬 夏联供由于美国的气候条件与中国很相似，因 此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热 泵的发展有着借鉴意义。

地源热泵空调系统 海天工程 - 4三﹑ ﹑热泵工作原理 作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样 ，热量也总是从高温流向低温但人们可以创造 机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那 样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温所 以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，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，这也是热泵的 节能特点 地源热泵空调系统 海天工程 - 5制冷模式： 在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使 其进行汽-液转化的循环通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风 机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时 再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的 热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤 里在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管 ，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷 供暖模式 在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒 流动方向换向由地下的水路循环吸收地表水、地下水或 土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，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蒸发器内 冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。

在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风 的形 式向室内供暖地源热泵空调系统 海天工程 - 6热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸气 压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和 节流阀组成： 压缩机：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压 处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏； 蒸发器：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的 制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目 的； 地源热泵空调系统 海天工程 - 7冷凝器：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热 量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷 却介质带走，达到制热的目的； 膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用， 并调节进入蒸发器的循环工质流量根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能） 起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸 热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环地源热泵空调系统 海天工程 - 8热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中取热 ，此时从环境取热的对象称为热源；相反制冷是需 要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环 境排热的对象称为冷源蒸发器冷凝器根据循环工 质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水 换热两种形式。

这样热泵或制冷机根据与环境换热 介质的不同，可分为水—水式，水—空气式，空气 —水式，和空气—空气式共四类利用空气作冷热 源的热泵，称之为空气源热泵（见下图）空气源 热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便 ，应用较广泛 四﹑ ﹑热泵的分类地源热泵空调系统 海天工程 - 9但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以 南地区在华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源 热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题 ，效率低下利用水作冷热源的热泵，称之为水源热泵水 是一种优良的热源，其热容量大，传热性能好，一般水源热 泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵，但由于受水源的 限制，水源热泵的应用远不及空气源热泵地源热泵则是利 用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（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”地源热泵空调系统 海天工程 - 10地源热泵空调系统 海天工程 - 11空气源热泵机组地源热泵空调系统 海天工程 - 12空气源热泵机组： 根据逆卡诺循环原理，机组以少量电能为驱动力，以制冷剂 为载体，源源不断地吸收空气或自然环境中难以利用的低品 位热能（-5-43℃），转化为高品位热能（60℃），实现低 温热能向高温热能的转移；再将高品位热能释放到水中制取 热水（55℃，最高达65℃），通过热水供应管路输送给用户 满足热水供应、供暖需求。

1、系统组成空气源热泵中央热水机组一般由压缩机、冷凝器、蒸发器 、节流装置、过滤器、储液罐、单向阀、电磁阀、冷凝压力 调节阀、储水箱等几部分组成地源热泵空调系统 海天工程 - 132、工作原理根据逆卡诺循环基本原理：低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后，进入空气交换机中蒸发吸热， 从空气中吸收大量的热量Q1；蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压 的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：一部分是从空气中 吸收的热量Q1，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的 热量Q2）；被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释 放给进入换热器中的冷水，冷水被加热到55℃（最高达65℃）直接进入 保温水箱储存起来供用户使用； 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压......如此不间断进行 循环 冷水获得的热量Q3=制冷剂从空气中吸收的热量Q1+驱动压缩机的电能转 化成的热量Q2， 在标准工况下:Q1=3.3Q2,即消耗1份电能,得到4.3份的热 量. 地源热泵空调系统 海天工程 - 14地源热泵机组：地源热泵供暖空调系统主要分三部分（如下图）：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。

其 中水源热泵机主要有两种形式：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地源热泵空调系统 海天工程 - 15地源热泵空调系统 海天工程 - 16五﹑ ﹑地源热泵系统运行图地源热泵空调系统 海天工程 - 17地源热泵空调系统 海天工程 - 181.高效节能，稳定可靠 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%，因此要节能和节省运行费用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，所以我们将其称为节能型空调系统 六﹑ ﹑地源热泵优点 ：地源热泵空调系统 海天工程 - 192.无环境污染 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，真正的实现了节能减排 3.一机多用 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。

4.维护费用低 地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命 地源热泵空调系统 海天工程 - 205.使用寿命长 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达 50年 要比普通空调高35年使用寿命 6.节省空间 没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占 用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象 7.地源热泵系统的能量来源于自然能源它不向外界排放任何废 气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”被认为是目前可使 用的对环境最好和最有效的供热、供冷系统该系统无论严寒地 区或热带地区均可应用可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿 舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域地源热泵空调系统 海天工程 - 211.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（Earth Energy），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七、地源热泵特点地源热泵空调系统 海天工程 - 222、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地源热泵空调系统 海天工程 - 233、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。

地源热泵空调系统 海天工程 - 244、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 调此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守当然，象任何事物一样，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，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染地源热泵空调系统 海天工程 - 255.地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：全年温度波动小冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一 般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失地源有较好的蓄能作用 地源按照室外换热方式不同可分为三类：1.地表水系统 2.土壤埋盘管系统 3. 地下水系统如何合理确定地源热泵的系统形式直接影响它的运行效果。

八、地源分类地源热泵空调系统 海天工程 - 26地源热泵空调系统 海天工程 - 278．1。