地源熱泵是陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源(如電能)實現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移。通常地源熱泵消耗1kWh的能量,用戶可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。
"地源熱泵"的概念,最早在1912 年由瑞士的專家提出,而這項技術(shù)的提出始于英、美兩國。北歐國家主要偏重于冬季采暖,而美國則注重冬夏聯(lián)供。由于美國的氣候條件與中國很相似,因此研究美國的地源熱泵應(yīng)用情況,對我國地源熱泵的發(fā)展有著借鑒意義
地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的冷、熱源。
地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分:室外地源換熱系統(tǒng)、地源熱泵主機系統(tǒng)和室內(nèi)末端系統(tǒng)
(1)地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源,進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地能,是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽能量,比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制,真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源,使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。
(2)地源熱泵屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)。其地源熱泵的COP值達到了4以上,也就是說消耗1KWh的能量,用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。[1]
(3)地源熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運行沒有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),沒有燃燒,沒有排煙,也沒有廢棄物,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠距離輸送熱量。
(4)地源熱泵一機多用,應(yīng)用范圍廣。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào),還可供生活熱水,一機多用,一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng);可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,更適合于別墅住宅的采暖。
(5)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護費用低。地源熱泵的機械運動部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi),從而避免了室外的惡劣氣候,機組緊湊、節(jié)省空間;自動控制程度高,可無人值守。
由以上的特點可以看出,地源熱泵技術(shù)以后可得到廣泛的應(yīng)用。
然而,地源熱泵要實現(xiàn)制冷制熱,則需要給它提供動力來輸送制冷制熱管道中的循環(huán)水,傳統(tǒng)機房可提供動力,但施工起來比較復(fù)雜,難度高,周期長,采購的材料種類多,需庫存,漏水隱患大等等問題,針對這些問題,市場上開發(fā)了一款新型的動力輸配系統(tǒng)設(shè)備-----節(jié)能空調(diào)機房。此機房系統(tǒng)是將傳統(tǒng)機房中的所有部件進行集成模塊化,實行一體化安裝的模式。不僅在施工難度上大大降低了,而且無需庫存,漏水隱患大大降低了,還能與主機進行無限聯(lián)動等等,由此可以看出,節(jié)能空調(diào)機房實為一款為暖通行業(yè)提供一整套的解決方案。
總而言之,節(jié)能空調(diào)機房、水力平衡分配器、多功能水箱與地源熱泵的結(jié)合為整個暖通系統(tǒng)增加亮點,同時在安裝上便捷了很多。施工時間、采購周期都大大縮短了,人工成本也將低了等等。由此可見節(jié)能空調(diào)機房與地源熱泵的配合是未來暖通行業(yè)必然的發(fā)展趨勢。
水源/地源熱泵有開式和閉式兩種。
開式系統(tǒng):是直接利用水源進行熱量傳遞的熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)需配備防砂堵,防結(jié)垢、水質(zhì)凈化等裝置。
閉式系統(tǒng):
是在深埋于地下的封閉塑料管內(nèi),注入防凍液,通過換熱器與水或土壤交換能量的封閉系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響。
1、垂直埋管--深層土壤
垂直埋管可獲取地下深層土壤的熱量。垂直埋管通常安裝在地下50-150米深處,一組或多組管與熱泵機組相連,封閉的塑料管內(nèi)的防凍液(塑料管中是水,水中的防凍液根據(jù)當?shù)貧夂驐l件決定加多少)將熱能傳送給熱泵,然后由熱泵轉(zhuǎn)化為建筑物所需的暖氣和熱水。垂直埋管是地源熱泵系統(tǒng)的主要方式,得到各個國家的政府部門大力支持。
2、水平埋管--大地表層 在地下2米深處水平放置塑料管,塑料管內(nèi)注滿防凍的液體,并與熱泵相連。水平埋管占地面積大,土方開挖量大,而且地下?lián)Q熱器受地表氣候變化的影響。
3、地表水
江、河、湖、海的水以及深井水統(tǒng)稱地表水。地源熱泵可以從地表水中提取熱量或冷量,達到制熱或制冷的目的。利用地表水的熱泵系統(tǒng)造價低,運行效率高,但受地理位置(如江河湖海)和國家政策(如取深井水)的限制。