漫談土壤源熱泵空調方案的優劣

摘要：目前我國地熱能源的開發利用程度還比較低，在地熱能源利用方面，土壤源熱泵空調是一種利用地熱能源實現制冷與供暖的設備。本文通過土壤熱源泵的基本工作原理進行分析，闡述了其在實際工作過程中的優點與不足。

關鍵詞：土壤源熱泵空氣源熱泵優點缺點

1 概述

最近，“霧霾”一詞在網絡上出現的頻率非常高。“霧霾”現象已經嚴重影響到人們的日常生活和身心健康。霧霾的產生，主要源于人類生產和生活活動所帶來的環境污染，而大量開采地表及地下非可再生能源亦是其中一個重要的因素。鑒于此，人類愈發重視生產和生活活動中的節能減排。

在此，本文主要談談一種符合新型環保理念的空調方案——土壤源熱泵空調的現實應用問題。土壤源熱泵的主要工作原理是利用淺層土壤地熱能源實現制冷與供暖。這種空調系統通過輸入少量的高品位能源（如電能），把地熱能源向高溫位轉移。地熱能源可以作為冬季的供暖熱源，在經過空調系統轉化后實現對地表室內供暖，同樣在夏季，又可以作為制冷的冷源。總之，土壤源熱泵空調系統充分利用了地熱能源在不同季節的功能，實現了資源的循環利用。

2 土壤源熱泵空調系統的基本工作原理

土壤源熱泵與空氣源熱泵的工作原理相似。在制冷狀態下，制冷劑在蒸發器內蒸發而吸收室內循環空氣所攜帶的熱量，通過壓縮機對制冷劑做功，使其在室外冷凝器內冷凝，然后通過系統中的循環水路將制冷劑中所攜帶的熱量吸收，最后經過室外地能換熱系統轉移到土壤里。其工作原理如圖1所示。在制熱狀態下，開始由系統內的壓縮機對制冷劑做功，然后利用四通閥將制冷劑的流動方向換向，從而由室外地能換熱系統吸收地下土壤里的熱量，并在室內側換熱器中將熱量釋放給室內空氣，實現向室內供熱。其工作原理如圖2所示。

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圖1 土壤源熱泵制冷原理圖圖2 土壤源熱泵制熱原理圖

3 土壤源熱泵空調的優點

第一，使用土壤源熱泵空調可以在很大程度上實現資源的可再生利用。土壤源熱泵可以通過吸收地球表面淺層地熱資源作為冷熱源然后再進行能量轉換，從地理學角度來看，淺層地表就是一個太陽能資源儲存器，太陽輻射的能量有47%都被淺層地表吸收了。這種地熱量大面廣、無處不在，它基本不受地理位置、季節氣候、資源等限制。這種淺層地表儲存的太陽熱能資源幾乎是無限可再生能源，可以實現反復循環利用，最重要的還是這種能源本身就是一種清潔能源。在地表之下5米的土壤溫度比地表氣溫低，但是基本均衡穩定。

第二，使用土壤源熱泵空調的運行費用較低。較低的運行費用使得土壤熱源泵有一定的經濟可行性。從其與傳統空調系統的運行費用相比來看，每年大約可節省40%的運行費用。土壤源熱泵空調系統的機組使用壽命長，設計使用年限均在20年左右。較長的使用年限攤薄了每年的成本費用，可以有效地降低使用維護成本。

第三，土壤源熱泵空調占地面積小。與傳統空調系統相比，機組緊湊，制冷劑的充注量極小，且無需冷卻塔、鍋爐等，運轉安靜。故機房占用空間較小，而且其中一些設施可以安置到地表之下。

第四，土壤源熱泵空調幾乎不產生污染，可以說是一種新型綠色環保空調系統。其充分利用地熱能源，轉換成可供人們使用的供暖或制冷能源。設備可以建造在居民區內，安裝在綠地、停車場下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源熱泵空調的缺點

第一，土壤性能對埋地換熱器的影響較大，不同地區的土壤性能差異很大，土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱與傳濕都會對換熱器產生不同影響。

第二，土壤源熱泵的連續穩定運行需要有比較均衡的土壤溫度為基礎，對土壤溫度的變化反應過于敏感，在土壤溫度發生較大幅度變化時會對土壤熱源泵的正常運轉造成不良影響。

第三，由于換熱盤管的實際占用面積較大，而且在埋管的敷設時需要使用機器打孔，這在一定程度上增加了設備的使用成本。

5 結束語

在環保壓力加大的今天，地熱能源更需要加大開發利用力度，土壤源熱泵這種具有優良性能的新型空調系統在我國具有廣闊的應用前景，但在國內有關影響土壤源熱泵廣泛應用的主要因素（如地下熱交換器的傳熱強化、土壤性質等）的研究還很有限，目前存在的缺點制約了它的應用。我相信，隨著科技的發展，土壤源熱泵空調方案在我國大范圍推廣及應用將是必然的結果。

參考文獻：

[1]徐偉等.地源熱泵工程技術指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

[2]王勇.地源熱泵研究（1）——地下換熱器性能研究[D].重慶:重慶建筑大學，1997.

[3]蔣能照.空調用熱泵技術及應用[M].機械工業出版社，1997.

[4]肖益民等.地源熱泵空調系統的設計施工方法及應用實例[J].現代空調，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，劉世朋，曲訓帥.應用熱源泵供熱技術在改善農村環境空氣質量的優勢分析[J].科技信息，2013.

作者簡介：陳武（1974-），男，江蘇泰興人，無錫職業技術學院控制學院，講師。

endprint

摘要：目前我國地熱能源的開發利用程度還比較低，在地熱能源利用方面，土壤源熱泵空調是一種利用地熱能源實現制冷與供暖的設備。本文通過土壤熱源泵的基本工作原理進行分析，闡述了其在實際工作過程中的優點與不足。

關鍵詞：土壤源熱泵空氣源熱泵優點缺點

1 概述

最近，“霧霾”一詞在網絡上出現的頻率非常高。“霧霾”現象已經嚴重影響到人們的日常生活和身心健康。霧霾的產生，主要源于人類生產和生活活動所帶來的環境污染，而大量開采地表及地下非可再生能源亦是其中一個重要的因素。鑒于此，人類愈發重視生產和生活活動中的節能減排。

在此，本文主要談談一種符合新型環保理念的空調方案——土壤源熱泵空調的現實應用問題。土壤源熱泵的主要工作原理是利用淺層土壤地熱能源實現制冷與供暖。這種空調系統通過輸入少量的高品位能源（如電能），把地熱能源向高溫位轉移。地熱能源可以作為冬季的供暖熱源，在經過空調系統轉化后實現對地表室內供暖，同樣在夏季，又可以作為制冷的冷源。總之，土壤源熱泵空調系統充分利用了地熱能源在不同季節的功能，實現了資源的循環利用。

2 土壤源熱泵空調系統的基本工作原理

土壤源熱泵與空氣源熱泵的工作原理相似。在制冷狀態下，制冷劑在蒸發器內蒸發而吸收室內循環空氣所攜帶的熱量，通過壓縮機對制冷劑做功，使其在室外冷凝器內冷凝，然后通過系統中的循環水路將制冷劑中所攜帶的熱量吸收，最后經過室外地能換熱系統轉移到土壤里。其工作原理如圖1所示。在制熱狀態下，開始由系統內的壓縮機對制冷劑做功，然后利用四通閥將制冷劑的流動方向換向，從而由室外地能換熱系統吸收地下土壤里的熱量，并在室內側換熱器中將熱量釋放給室內空氣，實現向室內供熱。其工作原理如圖2所示。

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圖1 土壤源熱泵制冷原理圖圖2 土壤源熱泵制熱原理圖

3 土壤源熱泵空調的優點

第一，使用土壤源熱泵空調可以在很大程度上實現資源的可再生利用。土壤源熱泵可以通過吸收地球表面淺層地熱資源作為冷熱源然后再進行能量轉換，從地理學角度來看，淺層地表就是一個太陽能資源儲存器，太陽輻射的能量有47%都被淺層地表吸收了。這種地熱量大面廣、無處不在，它基本不受地理位置、季節氣候、資源等限制。這種淺層地表儲存的太陽熱能資源幾乎是無限可再生能源，可以實現反復循環利用，最重要的還是這種能源本身就是一種清潔能源。在地表之下5米的土壤溫度比地表氣溫低，但是基本均衡穩定。

第二，使用土壤源熱泵空調的運行費用較低。較低的運行費用使得土壤熱源泵有一定的經濟可行性。從其與傳統空調系統的運行費用相比來看，每年大約可節省40%的運行費用。土壤源熱泵空調系統的機組使用壽命長，設計使用年限均在20年左右。較長的使用年限攤薄了每年的成本費用，可以有效地降低使用維護成本。

第三，土壤源熱泵空調占地面積小。與傳統空調系統相比，機組緊湊，制冷劑的充注量極小，且無需冷卻塔、鍋爐等，運轉安靜。故機房占用空間較小，而且其中一些設施可以安置到地表之下。

第四，土壤源熱泵空調幾乎不產生污染，可以說是一種新型綠色環保空調系統。其充分利用地熱能源，轉換成可供人們使用的供暖或制冷能源。設備可以建造在居民區內，安裝在綠地、停車場下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源熱泵空調的缺點

第一，土壤性能對埋地換熱器的影響較大，不同地區的土壤性能差異很大，土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱與傳濕都會對換熱器產生不同影響。

第二，土壤源熱泵的連續穩定運行需要有比較均衡的土壤溫度為基礎，對土壤溫度的變化反應過于敏感，在土壤溫度發生較大幅度變化時會對土壤熱源泵的正常運轉造成不良影響。

第三，由于換熱盤管的實際占用面積較大，而且在埋管的敷設時需要使用機器打孔，這在一定程度上增加了設備的使用成本。

5 結束語

在環保壓力加大的今天，地熱能源更需要加大開發利用力度，土壤源熱泵這種具有優良性能的新型空調系統在我國具有廣闊的應用前景，但在國內有關影響土壤源熱泵廣泛應用的主要因素（如地下熱交換器的傳熱強化、土壤性質等）的研究還很有限，目前存在的缺點制約了它的應用。我相信，隨著科技的發展，土壤源熱泵空調方案在我國大范圍推廣及應用將是必然的結果。

參考文獻：

[1]徐偉等.地源熱泵工程技術指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

[2]王勇.地源熱泵研究（1）——地下換熱器性能研究[D].重慶:重慶建筑大學，1997.

[3]蔣能照.空調用熱泵技術及應用[M].機械工業出版社，1997.

[4]肖益民等.地源熱泵空調系統的設計施工方法及應用實例[J].現代空調，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，劉世朋，曲訓帥.應用熱源泵供熱技術在改善農村環境空氣質量的優勢分析[J].科技信息，2013.

作者簡介：陳武（1974-），男，江蘇泰興人，無錫職業技術學院控制學院，講師。

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摘要：目前我國地熱能源的開發利用程度還比較低，在地熱能源利用方面，土壤源熱泵空調是一種利用地熱能源實現制冷與供暖的設備。本文通過土壤熱源泵的基本工作原理進行分析，闡述了其在實際工作過程中的優點與不足。

關鍵詞：土壤源熱泵空氣源熱泵優點缺點

1 概述

最近，“霧霾”一詞在網絡上出現的頻率非常高。“霧霾”現象已經嚴重影響到人們的日常生活和身心健康。霧霾的產生，主要源于人類生產和生活活動所帶來的環境污染，而大量開采地表及地下非可再生能源亦是其中一個重要的因素。鑒于此，人類愈發重視生產和生活活動中的節能減排。

在此，本文主要談談一種符合新型環保理念的空調方案——土壤源熱泵空調的現實應用問題。土壤源熱泵的主要工作原理是利用淺層土壤地熱能源實現制冷與供暖。這種空調系統通過輸入少量的高品位能源（如電能），把地熱能源向高溫位轉移。地熱能源可以作為冬季的供暖熱源，在經過空調系統轉化后實現對地表室內供暖，同樣在夏季，又可以作為制冷的冷源。總之，土壤源熱泵空調系統充分利用了地熱能源在不同季節的功能，實現了資源的循環利用。

2 土壤源熱泵空調系統的基本工作原理

土壤源熱泵與空氣源熱泵的工作原理相似。在制冷狀態下，制冷劑在蒸發器內蒸發而吸收室內循環空氣所攜帶的熱量，通過壓縮機對制冷劑做功，使其在室外冷凝器內冷凝，然后通過系統中的循環水路將制冷劑中所攜帶的熱量吸收，最后經過室外地能換熱系統轉移到土壤里。其工作原理如圖1所示。在制熱狀態下，開始由系統內的壓縮機對制冷劑做功，然后利用四通閥將制冷劑的流動方向換向，從而由室外地能換熱系統吸收地下土壤里的熱量，并在室內側換熱器中將熱量釋放給室內空氣，實現向室內供熱。其工作原理如圖2所示。

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圖1 土壤源熱泵制冷原理圖圖2 土壤源熱泵制熱原理圖

3 土壤源熱泵空調的優點

第一，使用土壤源熱泵空調可以在很大程度上實現資源的可再生利用。土壤源熱泵可以通過吸收地球表面淺層地熱資源作為冷熱源然后再進行能量轉換，從地理學角度來看，淺層地表就是一個太陽能資源儲存器，太陽輻射的能量有47%都被淺層地表吸收了。這種地熱量大面廣、無處不在，它基本不受地理位置、季節氣候、資源等限制。這種淺層地表儲存的太陽熱能資源幾乎是無限可再生能源，可以實現反復循環利用，最重要的還是這種能源本身就是一種清潔能源。在地表之下5米的土壤溫度比地表氣溫低，但是基本均衡穩定。

第二，使用土壤源熱泵空調的運行費用較低。較低的運行費用使得土壤熱源泵有一定的經濟可行性。從其與傳統空調系統的運行費用相比來看，每年大約可節省40%的運行費用。土壤源熱泵空調系統的機組使用壽命長，設計使用年限均在20年左右。較長的使用年限攤薄了每年的成本費用，可以有效地降低使用維護成本。

第三，土壤源熱泵空調占地面積小。與傳統空調系統相比，機組緊湊，制冷劑的充注量極小，且無需冷卻塔、鍋爐等，運轉安靜。故機房占用空間較小，而且其中一些設施可以安置到地表之下。

第四，土壤源熱泵空調幾乎不產生污染，可以說是一種新型綠色環保空調系統。其充分利用地熱能源，轉換成可供人們使用的供暖或制冷能源。設備可以建造在居民區內，安裝在綠地、停車場下。改善了建筑物的外部形象。

4 土壤源熱泵空調的缺點

第一，土壤性能對埋地換熱器的影響較大，不同地區的土壤性能差異很大，土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱與傳濕都會對換熱器產生不同影響。

第二，土壤源熱泵的連續穩定運行需要有比較均衡的土壤溫度為基礎，對土壤溫度的變化反應過于敏感，在土壤溫度發生較大幅度變化時會對土壤熱源泵的正常運轉造成不良影響。

第三，由于換熱盤管的實際占用面積較大，而且在埋管的敷設時需要使用機器打孔，這在一定程度上增加了設備的使用成本。

5 結束語

在環保壓力加大的今天，地熱能源更需要加大開發利用力度，土壤源熱泵這種具有優良性能的新型空調系統在我國具有廣闊的應用前景，但在國內有關影響土壤源熱泵廣泛應用的主要因素（如地下熱交換器的傳熱強化、土壤性質等）的研究還很有限，目前存在的缺點制約了它的應用。我相信，隨著科技的發展，土壤源熱泵空調方案在我國大范圍推廣及應用將是必然的結果。

參考文獻：

[1]徐偉等.地源熱泵工程技術指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

[2]王勇.地源熱泵研究（1）——地下換熱器性能研究[D].重慶:重慶建筑大學，1997.

[3]蔣能照.空調用熱泵技術及應用[M].機械工業出版社，1997.

[4]肖益民等.地源熱泵空調系統的設計施工方法及應用實例[J].現代空調，2001（3）：88-100.

[5]周相宙，劉世朋，曲訓帥.應用熱源泵供熱技術在改善農村環境空氣質量的優勢分析[J].科技信息，2013.

作者簡介：陳武（1974-），男，江蘇泰興人，無錫職業技術學院控制學院，講師。

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