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以下文章來(lái)源于中科院地質(zhì)地球所?，作者Azz，僅未供學(xué)習(xí)交流用

一、定義

地源熱泵系統(tǒng)（Ground-source Heat Pump System）指以巖土體、地下水或地表水為低溫?zé)嵩?，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。

我們先來(lái)了解一下“熱泵”。

熱泵（制冷機(jī)）：是通過(guò)做功使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置。熱泵利用的低溫?zé)嵩赐ǔＪ黔h(huán)境（大氣、地表水和大地）或各種廢熱，由熱泵從這些熱源吸收的熱量屬于可再生的能源。熱泵是一項(xiàng)利用可再生能源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源的熱泵，可稱之為地源熱泵。

二、特點(diǎn)

1、節(jié)能高效

在耗電量相同的條件下，分別提高夏季供冷量或冬季的供熱量,能效比EER:3.9-6,即夏季投入1KW電能可得3.9-6KW熱能, 性能系數(shù)COP=2.65-5即冬季投入1KW電能，可得到3.0-5KW左右的熱能；并且地埋管熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的能耗。

2、性能穩(wěn)定

地下溫度穩(wěn)定：地下的平均溫度基本穩(wěn)定在16度到22度之間，不受室外環(huán)境空氣變化溫度影響，主機(jī)制冷熱穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)空氣源熱泵越是在需要空調(diào)的情況下越不好。

3、投資回報(bào)高

地源熱泵系統(tǒng)作為樓宇空調(diào)系統(tǒng)，其運(yùn)行費(fèi)用可大大降低。用地源熱泵系統(tǒng)供暖或制冷時(shí)，根據(jù)不同的地域、氣候、資源、環(huán)境，運(yùn)行費(fèi)用可比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)降低25%-50%；可供暖、空調(diào)，還可在春夏秋采用熱回收免費(fèi)供生活熱水做到冷暖熱水三合為一 ；一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)，減少設(shè)備初投資；地源熱泵系統(tǒng)初投資增量回收期約2.5-8年不等。

4、可再生能源利用技術(shù)

地表土壤和水體，收集了47%的太陽(yáng)輻射能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對(duì)的均衡。對(duì)太陽(yáng)能二次利用，符合可持續(xù)性發(fā)展趨勢(shì)不受地域、資源等限制

5、環(huán)保

污染物排放與空氣源熱泵相比減少40%以上，與電供暖相比減少70%。沒(méi)有燃燒、排煙，也沒(méi)有廢棄物，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，是真正的環(huán)保型空調(diào)。夏季不會(huì)向建筑周?chē)諝夥艧崾黔h(huán)境空氣溫度升高，冬季不會(huì)從建筑物周?chē)諝馕鼰峤档铜h(huán)境空氣溫度。機(jī)組的埋地?fù)Q熱器可以布置在花園、草坪及建筑物周?chē)叵拢徽冀ㄖ娣e。

6、安全、壽命長(zhǎng)

地源熱泵非常耐用，機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件(主機(jī)為工廠整體組裝)非常少,所有的部件埋在地下或是安裝在室內(nèi),從而避免了室外的惡劣氣候，系統(tǒng)采用閉式循環(huán)減少腐蝕、污染與結(jié)垢，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低；地下部分（PE管）可保證50年（免維護(hù)），需要維護(hù)的主要是水泵與室內(nèi)管道與室內(nèi)機(jī)---維護(hù)簡(jiǎn)單工作量小，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；地源熱泵機(jī)組正常壽命是25年。

?7、應(yīng)用范圍廣

適用廣：可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑等需要空調(diào)的新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)；

缺點(diǎn)

①如果利用不合理，可能對(duì)地下水造成嚴(yán)重的污染。

②如果地下水被大量抽取后不能夠及時(shí)回灌可能造成地面下沉，造成地面上的建筑物損壞。

③不太適用于：建筑密度很大的地方，地質(zhì)條件比較惡劣的地區(qū)（如：地下巖層比較厚和硬）

三、應(yīng)用與發(fā)展

地源熱泵的概念最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專(zhuān)利文獻(xiàn)中。

開(kāi)放式地下水熱泵系統(tǒng)在20世紀(jì)30年代被成功應(yīng)用。

20世紀(jì)50年代歐洲和美國(guó)掀起了研究地源熱泵的第一次高潮，美國(guó)愛(ài)迪生電子學(xué)院最早研究閉式環(huán)路熱泵系統(tǒng)，印地安納洲的印地安納波利斯是最早安裝閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)的。

直到20世紀(jì)70年代，世界石油危機(jī)使得人們關(guān)注節(jié)能、高效用能，地源熱泵的研究進(jìn)入了又一次高潮，這時(shí)瑞典的研究人員開(kāi)始將塑料管應(yīng)用在閉式環(huán)路地源熱泵系統(tǒng)上，地源熱泵的推廣應(yīng)用迅速展開(kāi)。

經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展地源熱泵技術(shù)在北美和歐洲已非常成熟，是一種被廣泛采用的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。針對(duì)地源熱泵機(jī)組、地?zé)釗Q熱器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝有一整套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、計(jì)算方法和施工工藝。

到2019年底，美國(guó)有超過(guò)3萬(wàn)臺(tái)系統(tǒng)在家庭、學(xué)校和商業(yè)建筑中應(yīng)用，另?yè)?jù)地源熱泵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)有600多所學(xué)校安裝有地緣熱泵技術(shù)。

04、工作原理

作為自然現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫，用著名的熱力學(xué)第二定律準(zhǔn)確表述：“熱量不可能自發(fā)由低溫傳遞到高溫”。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以地源熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這就是地源熱泵節(jié)能的原理。

冬季，熱泵機(jī)組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；

夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實(shí)現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。

冬季地源熱泵工作原理

冬天熱泵中制冷劑正向流動(dòng)，壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣體進(jìn)入冷凝器向集水器中的水放出熱量，相變?yōu)楦邷馗邏旱囊后w，再經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流降壓變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w進(jìn)入蒸發(fā)器，從地下循環(huán)液中吸取低溫?zé)岷笙嘧優(yōu)榈蜏氐蛪旱娘柡驼羝筮M(jìn)入壓縮機(jī)吸氣端，由壓縮機(jī)壓縮排出高溫高壓氣體完成一個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)往復(fù)將地下低溫?zé)崮堋鞍徇\(yùn)”到集水器，從而不斷的向用戶提供45℃-50℃的熱水。?

夏季地源熱泵工作原理

夏天熱泵中制冷劑逆向流動(dòng)，與用戶換熱的冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器從集水器中的低溫水（7℃-12℃）提取熱能，與地下循環(huán)液換熱的蒸發(fā)器變?yōu)槔淠飨虻叵卵h(huán)液排放熱量，循環(huán)液中熱量再向地下低溫區(qū)排放，如此循環(huán)往復(fù)連續(xù)地向用戶提供7℃-12℃ 的冷水。

五、分類(lèi)

根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。

1、地埋管地源熱泵系統(tǒng)

?地埋管地源熱泵系統(tǒng)是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。它通過(guò)循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。

2、地下水地源熱泵系統(tǒng)

地下水地源熱泵系統(tǒng)的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經(jīng)過(guò)換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng)，但對(duì)于較大的應(yīng)用項(xiàng)目通常要求通過(guò)回灌井把地下水回灌到原來(lái)的地下水層。水質(zhì)良好的地下水可直接進(jìn)入熱泵換熱，之后將井水回灌地下，這樣的系統(tǒng)稱為開(kāi)式系統(tǒng)。

3、地表水地源熱泵系統(tǒng)

地表水熱泵系統(tǒng)的熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫?zé)嵩词侵档每紤]的一種空調(diào)熱泵的型式。

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