地源热泵系统在制冷状态下,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。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环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,最终通过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、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不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。

制热原理及供热原理

地源热泵系统在制热状态下,地源热泵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,通过水源热泵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。在地下的热量不断转移至室内的过程中,以室内采暖空调末端系统向室内供暖。

地源热泵技术包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等,抽取湖水或江河水方式造价最低,埋管方式最贵,但最好。只要有足够的场可地埋设管道(地下冷热交换装置)或政府允许抽取地下水的就应该优先考虑选择地源热泵中央空调。地源热泵中央空调如此节能是应为地源热泵技术借助了地下的能量,地下的能量还是来至于太阳能。

2、压缩机：压缩机是地源热泵系统中需要较大电功率驱动的设备之一,它主要用于压缩制冷剂,使其产生高温高压气态,从而激发高温冷凝器中的热量,并使制冷剂蒸发产生冷量；

3、膨胀阀：膨胀阀是地源热泵系统中的一种小型装置,主要用于降低制冷剂的压力和温度,促使其从蒸发器中通过排气口流出,并进入地源换热器吸收地下热量；

4、冷凝器：冷凝器是地源热泵系统中的一个换热器,它主要用于冷凝并排放压缩机中的高温高压气态制冷剂,并向暖通系统中释放热量,完成供暖水的加热；

5、控制系统：控制系统是地源热泵系统中的重要组成部分,主要用于监测和控制地源热泵的运行,实现运转之间的切换,提高运行效率和机器稳定性。

总的来说,地源热泵系统的组成比较复杂,但是每个部件的功能都比较明确,各个部分可以协同工作,互相配合完成地源热泵系统的运转,提高运行效率,降低运行成本,更好地满足用户的需求。

1、属于可再生能源的利用技术

地源热泵是利用地球表面浅层地热资源（通常小于400m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为地能,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总和的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的一种形式。

2、高效节能,运行费低

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。

3、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,如果结合其他节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量。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。

4、一机多用,应用范围广

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。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物,地源热泵有着明显的优点。不仅节省大量能源,而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求,减少了设备的初投资。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

5、自动运行

地源热泵机组由于工况稳定,所以机组运行简单可靠,维护费用低；自动控制程度高,使用寿命长,可达到15年以上。

缺点

1、可利用的地能条件限制

地源热泵理论上可以利用一起的土壤和水资源,在实际过程中,不同的土壤和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土壤和水资源成为地源热泵应用的一个关键。目前的地源热泵利用方式中,闭式系统一般成本高。而开式系统,能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。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、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,保证用后回灌可以实现。同时,由于地下抽水将影响地下水资源,国家将来是否对此有所限制,也需要关注。

3、投资的经济性

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,地源的基本条件不同,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,地源热泵的运行效率较高、费用较低,但与传统的空调制冷取暖方式相比,在不同地区不同需求的条件下,地源热泵的投资经济性会有所不同。

建筑物内空调系统的设计,已有比较成熟的技术。而地下埋管的换热器、地表水系统的换热器以及地下水系统的钻井系统等方面的设计国内还不够规范。但两部分之间又相互关联,如建筑物的供冷、供热负荷,水源热泵的选型,进水温度(EWT),性能系数(COP)都与地下部分换热器的结构、性能有密切的关系。