地源熱泵應用及其發展趨勢探討

高允

摘 要：地源熱泵作為即能制冷又可供暖的高效節能系統，具有節能、環保以及高效等特點，這與國家的可持續發展以及發展低碳經濟相吻合。本文主要介紹了地源熱泵的工作原理、實際應用以及未來的發展趨勢。

關鍵詞：地源熱泵；工作原理；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.070

進入21世紀，我國經濟得到了突飛猛進的發展，但是隨之而來的能源危機以及環境污染日益嚴重。地源熱泵作為一種可持續再生、新型環保的供暖、制冷系統，今年來在我國快速發展起來。地源熱泵可以替代傳統的鍋爐以及制冷機來實現供暖、制冷，在節約能源以及改善空氣質量方面發揮著重要的作用。

1 地源熱泵的工作原理

與水往低處流一樣，熱量也是從溫度高的地方流向溫度低的地方。但是科學家利用能量守恒原理，借助能量的轉換就能實現讓水從低處向高處流動，同樣的道理，熱量也能夠由低溫向高溫流動，這就是地源熱泵的工作原理。地源熱泵也被稱為“熱量提升裝置”，它可以充分的挖掘環境介質中所儲存的能量，將溫位提高之后進行利用，地源熱泵裝置在工作過程中所消耗的功僅僅為整個供熱量的三分之一或者更少。因此，地源熱泵具有節能的特點。

1.1 制冷模式

地緣水泵在制冷的過程中，首先對冷媒進行做工，利用的是機組中的壓縮機來實現氣液的轉化。冷媒在蒸發器中會自然的吸收風機盤管所攜帶的熱量。冷凝循環在吸收熱量的過程中，在冷凝器的內部同時也產生冷凝作用，然后再通過水路循環系統將熱量帶走，轉移到地下水和土壤中去，這樣就會把室內的溫度轉移到地下去，風機盤管以冷風的方式向室內制冷，最終實現制冷的目的，制冷效果能達到13℃以下。

1.2 供暖模式

地緣水泵在制熱的過程中首先利用機組中的壓縮機對冷媒做工，換向閥會對冷媒的流動方向進行控制。冷媒會在冷凝器蒸發作用下吸收熱量，這些熱量來源于水路循環過程中自動吸收的地下水以及土壤的熱量。隨后冷媒會進一步的循環，在此過程中依靠冷凝作用將風機盤管中冷媒所攜帶的熱量吸收，風機盤管會以暖風的形式對室內進行供暖，最終實現了將地下熱量向室內轉移的目的。最高供暖溫度能夠達到35℃上下。

2 地緣熱泵的實際應用

2.1 地源熱泵—太陽能復合系統

地源熱泵-太陽能復合系統由四部分組成，分別是地源熱泵機組、地熱能交換系統、太陽能集熱系統以及建筑物內系統。其能量來源主要是太陽能和淺層地熱能。把太陽能集熱系統和地源熱泵系統有效的結合在一起，用來對建筑物在夏季供冷、冬季供暖以及提供生活中所需熱水。

對于不同的季節，地源熱泵—太陽能系統的流程是不一樣的，下面主要介紹夏季供冷、秋季蓄熱以及冬季供暖的流程。

（1）夏季供冷流程。夏季供冷時，復合空調系統是由太陽能集

熱、負荷側循環和地源側循環系統這三部分組成。在工作的過程中，太陽能集熱循環系統和地源熱泵系統互不干涉，各自獨立運行，而負荷側循環系統正常的開啟。其中，地源熱泵系統作為冷源向建筑物供冷，太陽能集熱系統作為熱源向建筑物內提供生活熱水。

（2）秋季蓄熱流程。秋季蓄熱時，復合空調系統中的負荷循環系統以及地源側循環系統中的地源熱泵機組都停止工作。太陽能集熱循環系統正常的運行，同時開啟地源側循環泵。在此過程中太陽能集熱系統采集的熱量一部分用來滿足人們的生活熱水，剩下的則依靠地下管蓄儲存到了地下，等到冬季供暖時再使用。

（3）冬季供暖流程。與夏季供冷時一樣，冬季供暖時復合空調系統也是由太陽能集熱、負荷側循環和地源側循環系統這三部分組成。只不過在工作過程中，太陽能集熱循環系統與地源熱泵系統不再是獨立運行，而是要聯合運行，正常開啟地源側循環泵。供暖熱源主要來源于太陽能集熱器以及地理管換熱器。在熱泵機組蒸發器中所提取的熱量其中一部分來源于地下換熱器，一部分來源于太陽能集熱器。

地源熱泵—太陽能復合系統作為一種夏季供冷、冬季供暖以及全年提供生活熱水源的綠色環保系統，其經濟效益明顯，具有廣闊的市場。只要設計合理，地源熱泵—太陽能復合系統所提供的能量能夠占到建筑物所消耗的總能量的百分之六十以上。

2.2 地源熱泵—冰蓄冷耦合應用技術

雖然地源熱泵能夠供冷和供熱，但是在夜間由于電力低谷的原因就不能進行蓄冷。冰蓄冷技術雖然能夠在夜間蓄冷，但是其在冬季不能夠供暖。因此將這兩種技術通過合理的方法捏合在一起，就能優勢互補了。

與地源熱泵—太陽能系統一樣，地源熱泵—冰蓄冷系統在不同的季節其流程是不一樣的，下面主要介紹夏季供冷以及冬季供暖的流程。

（1）夏季供冷流程。夏季供冷時，地源熱泵與冰蓄冷聯合空調系統主要由四個子系統組成，分別是供冷循環系統、蓄冰循環系統、制冷循環系統和冷卻循環系統。其中供冷循環系統主要是向室內供冷；蓄冰循環系統主要作用是蓄冷；制冷循環系統主要作用是將熱泵系統中的熱量轉移；冷卻循環系統是將冷凝器中放出的熱水進入到地熱換熱器中，然后將熱量排入大地。

（2）冬季供暖流程。冬季供暖時，地源熱泵與冰蓄冷聯合空調系統只有地源熱泵系統工作，制冷劑在蒸發器中將地熱換熱器中循環液的熱量吸收，再通過制冷劑循環系統將熱量傳遞到室內。

3 地源熱泵的未來發展趨勢

隨著國家提出建設“環境友好型、資源節約型”的可持續發展道路，地源熱泵這項技術肯定會得到突飛猛進的發展。總體上地源熱泵的發展趨勢主要有以下幾點：（1）新型的熱泵系統會不斷的被開發出來；（2）土壤源、地表水源熱泵數量會不斷的增加，相應的地下水源熱泵會減少。

4 結語

最近幾年，在建筑行業中地源熱泵被普遍的應用，對于節約資源和保護環境發揮了重要的作用。它作為一種節能、高效、環保的能源應用，基本不會對周圍環境造成污染，不會產生任何的污染。因此地源熱泵在我國乃至全世界會有更廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]顏愛斌.地源熱泵應用的技術分析與思考[J].天津城建大學學報，2002，8（02）：120-122.

[2]陳華，劉之光，夏佐強.地源熱泵應用及其發展趨勢分析[J].建筑熱能通風空調，2013，32（02）：20-23.

[3]徐偉，劉志堅.地源熱泵技術研究現狀與發展趨勢[J].建設科技， 2013（20）：17-21.