热力学论文

浅析地源热泵与毛细管网空调系统

1002301-04胡振华

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，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空调系统。地源热泵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的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，释放到地下去。通常地源热泵消耗 1kW 的能量，用户可以得到 4-5kW 以上的热量或冷 量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将 90%以上的电能或 70～90%的燃料 内能为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料 锅炉节省约二分之一的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为 10～25℃， 其制冷、制热系数可达 4-5，与传统的空气源热泵相比，要高出 40%左右，其运行费用为普 通中央空调的 50～60％。地源热泵系统的能量来源地下能源。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友好和最有效的 供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广范应用在办公楼、宾馆、 学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。 地源热泵的发展趋势 随着经济的发展和人们生活水平的提高， 公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的 要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染， 因

此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵就 是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。 在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的 40%，是美国政府极力推广的节能、环保技 术。1998 年美国能源部颁布法规，要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地埋管土壤 换热器地源热泵空调系统。 为了表示支持这种技术， 美国总统布什在他的得克萨斯州的别墅 中也安装了这种地源热泵空调系统（见 2001 年 5 月 28 日参考消息）。 现在，在中北欧的瑞士、瑞典、奥地利、丹麦等国家，地源热泵（土壤换热器）技术利 用处于领先地位，地埋管土壤换热器热泵得到广泛的应用。据 1999 年统计，在家庭应用的 供暖设备中，地源热泵所占的比例：瑞士 96﹪、奥地利 38﹪、丹麦 27﹪在我国由于能源价 格的特殊性以及人们节能、 环保的认识程度等 一，地源热泵原理简述

作为自然现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温

流向低温，用著名的热力学第二定律准确表述：“热量不可能自发由低温传递到高温”。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。所以地源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，这就是地源热泵节能的原理。

地源热泵原理图

地源热泵工作原理

地源热泵系统是从常温土壤或地表水（地下水），冬季从地下提取热量，夏季把建筑的热量又存入地下，从而解决冬夏两季采暖和空调的冷热源。

夏季通过机组将房间内的热量转移到地下，对房间进行降温，同时储存热量，以备冬用。冬季通过热泵将土壤中的热量转移到房间，对房间进行供暖，同时储存冷量，以备夏用，大地土壤提供了一个很好的免费能量存贮源泉，这样就实现了能量的季节转换。

地源热泵原理图

冬季地源热泵工作原理

冬天热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压R22气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断的向用户提供45 ℃ -50 ℃的热水。

冬季地源热泵原理图

冬季地源热泵工作原理

夏天热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7 -12 ℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7 -12 ℃ 的冷水。

夏季地源热泵原理图

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