土源热泵、水源热泵和空气源热泵的优缺点及其适用场合

    地(水)源热泵机组的工作原理

 

    是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。

 

    地源热泵同空气源热泵相比，有什么优点

 

    地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：(1)全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。(2)冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。(3)地源有较好的蓄能作用。

 

    地源热泵系统的分类及其各自的优缺点

 

    1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

 

    其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；回灌可靠；符合标准。

 

    2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源热泵系统 (b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源热泵系统。(a)和(b)两种方式都归属于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合热泵系统)，也称埋管式土壤源热泵系统。还有另外一个术语叫Groundheatexchanger地下热交换器地源热泵系统。这一闭式系统方式，通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

 

    对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。

 

    3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水热泵系统。通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。归属于水源热泵方式。

 

    其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。

 

    4)Standingcolumnwellheatpumps,SCW单井换热热井，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"热井"。这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。

 

    热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。    该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用。须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际换热量测算等具体工作。

 

    5)锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑或内外分区冬季有大量可利用的排热的建筑物，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。

 

    它的补充热源有水地源、太阳能、电锅炉、城市热网……，额外排热由冷却塔或水地源来解决。其系统的设计需要详细计算各季节的散热与排热及总的中和后的散热或排热量来选择热源和冷却塔。

 

    地源热泵和水源热泵的冷热源区别：

 

    水源热泵和地源热泵都是从地位热源的选取来定义的，水源热泵通常指地位热源来源于地表水、地下水、海水、污水；地源热泵有时也被称为土壤源热泵，但是地下水作为低位热源的也可称为地源热泵。此外，水环热泵也可称为水源热泵。定义的角度不一样，叫法也就不一样。采用冷却塔散热的系统不能称为水源热泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水应该成为水源热泵，否则为土壤源热泵。

 

    地源热泵和水源热泵的叫法区别：

 

    水源热泵和地源热泵以前确实叫法很乱，已经出台的地源热泵相关规范，其中对叫法范围作了明确说明：

 

    地源热泵指所有使用大地作为冷热源的热泵全部称为地源热泵，包括土壤热泵(即地耦合热泵)，地下水热泵，地表水热泵(包括江河湖海的水)等，这是为区别水环热泵而说的。

 

    水源热泵则是总称，包括所有以水作为冷热源的热泵，当然也包括土壤热泵和水环热泵了，这是为区别空气源热泵(风冷热泵)而说的。

 

    所以以大分类来说，水源热泵包括地源热泵和水环热泵还有一些特殊的利用低位热水能量的热泵(比如利用工业废水或发电厂冷却循环水梯级利用等)。

 

    总之，简单的说地源热泵是泛指土壤源热泵、地表水、地下水、海水、污水源热泵。但现在人们习惯上把土壤源热泵叫地源热泵，把地表水、地下水、海水、污水源热泵叫水源热泵。  地源热泵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，“我们的脚下就有石油”这句话说的太好了，也很形象。

 

    地源热泵优点:

 

    1． 高效：一般空调对着空气换热称为风冷热泵，缺点在于天气炎热或者寒冷最需要冷量或热量时效率反而下降。地温一年四季基本恒定在16℃左右，略高于该地区平均温度1到2度，使得热泵无论在制冷或制热工况中均处于高效率点。

 

    2． 节能省费用：冬季运行时，COP约为4.2，即投入1KW电能，可得到4KW的热能，夏季运行时，COP可达5.3，投入1KW电能，可得到5KW的冷量，能源利用效率为电采暖方式的3-4倍；并且热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的用电能耗。

 

    3． 环保：供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染。

 

    4． 舒适：因为地源热泵机组供冷暖时都是通过冷热水经风机旁管（或地板管、墙埋管）交换完成的，所产生的冷气和暖气（或辐射热）比常规空调的要更柔和的多，热不易感冒。

 

    5． 节省占地面积：省去了冷却塔、锅炉及与之配套的煤棚和渣场，节省了土地资源，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象。

 

    6． 安全：无燃烧设备，从而不存在爆炸、失火和中毒的隐患。

 

    7． 机组寿命长：热泵主机一般放在室内或室外密闭的箱体内，并且热泵机组是长期在良好的低温井水（16℃）下进行热交换工作，可大大延长机组寿命，故障率低减少了维护量。

 

    8． 一机多用：地源热泵系统可供暖，空调，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。

 

    9． 可再生：土壤有较好的蓄热性能，冬季通过热泵将大地浅层的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证大地热量的平衡。

 

    10．可分区控制：中央空调享受的档次，又可达到单体空调局部控制的效果，不存在“大马拉小车”。

 

    市场上现有传统空调存在如下一系列问题：

 

    1． 存在热岛效应: 使得外界局部空间环境条件恶化。

 

    2． 当空气温度低于零度时，机组效率下降，并且当环境温度低于-5℃时，机组效率极低，甚至无法开机，需加辅助热源（家用普通3P机仅电辅加热就达2000W），辅助加热时的能效比COP要小于1。

 

    3． 冬季室外机组需要频繁停机除霜，其结果是除霜损失约占热泵总能耗的10.2%，如普通3P机就要增加300瓦电能浪费。武汉地区因为空气湿度大，一般当环境温度5℃时外机就开始结霜。

 

    4． 夏天当空气温度高于35℃时，常规空调机组效率开始下降，空气温度越高，机组制冷效率越低，能耗增加。在空气温度为30℃时，常规空调机组能效比COP也仅有2.2左右。

 

    5． 室外机或冷却塔有噪音及霉菌污染。

 

    6． 室外机（压缩机等关键设备）长年暴露在露天，直接与空气接触，灰尘集在散热器上，起到保温作用，机组在高温下运行，增加能耗的同时机组寿命大大减少。

 

    7． 常规中央空调不能分区分部控制，即存在“大马拉小车”问题。