| 通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到5kW以上的热量或4kW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。 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，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；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3.5～4.4，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% 。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及法国、瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。 二、地源热泵国内外发展近况 地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60oC。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。如美国，截止1985年全国共有14，000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10%的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%，其中有新建筑中占30%。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。 与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。 我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。 |
| 三、地源热泵特点 1.属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）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之为地能（Earth Energy），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一种形式。 2.属经济有效的节能技术 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，地能温度较恒定的特性，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，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。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、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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。 此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。 当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。 |
| 热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸汽压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成： 压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏； 蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的； 冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的； 膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。 根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。 热泵分类 热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中取热，此时从环境取热的对象称为热源；相反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排热的对象称为冷源。 蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水换热两种形式。这样热泵或制冷机根据与环境换热介质的不同，可分为水―水式，水―空气式，空气―水式，和空气―空气式共四类。 利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以南地区。在华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。 利用水作冷热源的热泵，称之为水源热泵。水是一种优良的热源，其热容量大，传热性能好，一般水源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵，但由于受水源的限制，水源热泵的应用远不及空气源热泵。 |
| 地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水―水式或水―空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。 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。 地源分类 地源按照室外换热方式不同可分为三类： 1.土壤埋盘管系统，2.地下水系统，3.地表水系统。 根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。 闭环系统 如埋盘管方式 （垂直埋管或 水平埋管），地表水安置换热器方式。 开环系统如抽取地下水或地表水方式。 此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。 五、地源热泵应用方式 地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。 |
| 3 经济参数有：地下水资源费（0.04元/吨），电价（0.5元/度），各种燃料的热值及价格（见右表），软化水费，排污费，工人工资，利率，设备使用年限等。 4 供暖空调收费标准，国内北方地区有供暖收费标准，如天津地区为18.5元/m2，但空调没有收费标准。将来供暖空调要改为“计量收费”，以热（冷）量为收费单位，如南方某地出台以0.28元/kw.h冷量为收费标准。 分析比较 1 初投资比较，初投资中包括了从冷热源到管网到室内终端的所有投资项。见图1，热泵的初投资高于锅炉，但从总初投资看，由于地源热泵可供暖供冷，一机两用，一次投资全年使用，节省了冬季供暖的投资，因此地源热泵的初投资要低于锅炉加空调系统的总投资。 2 供暖成本比较，见图2，煤锅炉供暖成本最低，其次是地源热泵、天然气锅炉，油锅炉最高。以地源热泵为基准比较各方案供暖成本，煤锅炉比地源热泵低30%左右，而天然气锅炉要高40%左右，油锅炉要高70%左右。 3 空调成本比较，地源热泵的空调运行成本要低于单冷空调，低约30%左右。 4 从净现值看，收费标准0.28元/kw.h时（图3），各供暖空调方案的净现值均小于0，只有煤锅炉当供暖面积大于一定值时净现值才大于0，说明按0.28元/kw.h的收费标准，只有燃煤锅炉具有一定经济效益。如果加大收费标准，如定为0.4元/kw.h，重新计算各方案的净现值（图4）、收益率（图5）和投资回收期（图6），可以得到燃煤锅炉和地源热泵供暖的净现值均大于0，内部收益率大于基准收益率8%，以及投资回收期小于10年，此时燃煤锅炉和地源热泵供暖经济上是可行的。相比之下，由于单冷空调经济性明显低于地源热泵空调，所以燃煤锅炉供暖加单冷空调方案的经济性要低于地源热泵供暖空调，说明了地源热泵一机两用，既供暖又空调的经济优势。 对地源热泵方案与燃煤、燃油和燃气锅炉加单冷空调各方案的综合经济性（净现值均，收益率，投资回收期）进行比较，地源热泵为最优方案，其次依次是燃煤、天然气和油锅炉加单冷空调系统。 以上是“单位热（冷）量收费标准”的计算结果，对经营者来说，供应的热（冷）量越多，所收取的费用将越多，并且供暖空调的成本相对越低，因此其经济效益将越高，这类似于电力的供应，电厂供应的电力越多，效益将越高。因此不同建筑物，不同的供热（冷）量，经营者的经济效益将不同，不能照搬本文的计算结果。应针对具体的建筑物类型、用途，当地的气象资料，当地的各种能源价格及供暖空调的收费标准来进行可行性研究，以确定何种供暖空调方式为最经济方案。 对传统的“单位面积收费标准”，由于供应的建筑物面积是确定的，向用户收取的采暖空调费用是固定的，因此对经营者来说，供应的热（冷）量越少，其效益就越高。这与“计量收费”的效果正相反，但采用“计量收费”是有利于用户和有利于节能的。 |
| 七、工质替代 作为空调和热泵的主导工质HCFC22淘汰在即，因难以找到HCFC22 性能相当的单一替代物质，采用混合工质替代方案已成共识。国际上迄今提出的HCFC22替代物主要为R410A和R407C，它们的ODP均为0，已经在不少场合获得应用。然而它们不仅在热力性能上与HCFC22有明显差距而且还因具有较大的温室效应势GWP而受限于京都协议。 从温室效应的角度出发，人们又将研究目光放在了来源于自然又可回归自然的自然工质上。自然工质包括碳氢化合物、氨、CO2、空气等，它们的ODP为零、GWP在与CO2相同量级的水平上。有研究认为，氨及碳氢化合物是最有前途的CFC、HCFC和HFC的替代物。但也有观点认为，那些所谓的天然制冷剂，由于不稳定性和存在爆炸的危险，使得它们在空调工业中被限制使用。另外，国内外也已经开始对CO2跨（超）临界循环进行新一轮的研究。 ASHRAE给出了一些可长期替代R22的混合工质，见表1。ARI也推荐了一些替代R22的单工质和混合工质，见表2。 |
| 八、常见问题讨论 1.为什么地源热泵在美国、欧洲以及中国，尤其是近些年来为越来越多的用户所认识，市场日趋活跃呢？ 一方面是由于全世界范围内比以往更加关注能源、环境与可持续发展的问题，对于中国由于以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，要实现经济的可持续发展，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，必须加大节能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空调的地源热泵系统是很好的一个选择；另一方面是地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经非常成熟，而且经过多年的示范与实践，确认了地源热泵系统的很多优点：节约能源、舒适、安全、性能稳定、清洁、使用灵活等。 2.水环路热泵（WLHP）系统与地源热泵（GSHP）系统有什么异同？适用于什么场合？ 两者都可通过水源热泵如水－空气热泵或水－水热泵系统为建筑物提供热量或冷量，区别是WLHP系统通常是指利用冷却水塔和锅炉保持全年冬夏两季节的供水温度稳定的系统，而GSHP系统则通常是指通过利用地下水、地下换热系统、地表水或者地下换热系统与冷却塔、锅炉相结合等形式维持供水温度稳定的系统；此外，WLHP一般为分散式系统，而GSHP既可为分散式系统也可为集中式系统。 对于WLHP系统适用于什么场合，有研究认为，单纯的供冷或单纯的供热选用水环路热泵是不合理的；对同时具有制冷和制热需要的空调建筑，当其内部余热量较小或较大时，使用WLHP系统节能效果不明显，只有当机组排出的热量与部分水源热泵机组吸收的热量相近时，才具有明显的节能优势。对于某一特定建筑，设计者需根据建筑物的冷热负荷曲线、使用特点、功能，所处环境等诸多因素综合评价使用WLHP系统是否节能、合适。一般地说，以下几种情况可考虑使用WLHP：①有低品位稳定可靠的废热可以利用；②建筑物内同时有制冷和供热的需要；制冷量不大，且又要求独立计量电费，使用时间不一，个别房间或区域经常需在夜间或节假日独立使用的建筑。 地源热泵系统的适用场合，对于分散式系统，类似于上述水环路热泵系统的情况；而对于集中式系统，即集中为建筑物各房间提供冷水或热水的情况，则适用范围较广，尤其适用于办公楼、学校及别墅等。 3.对几种地源热泵系统在工程应用中的评述 1）直接利用地下井水的地源热泵系统：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；符合标准。 2）地下埋管的地源热泵系统：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）地表水式热泵：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）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，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。 4.地源热泵的运行费用怎样？经济性如何？ 这是用户最关心，也是大家最容易提出的一个问题，然而，也是目前最难回答的一个问题。因为影响地源热泵使用经济性的因素有很多，如电价、用户或居民行为、气候条件以及例如非正常的炎热或寒冷季节等其它因素。尤其是在中国的应用时间还不长，实际运行经济性的总结工作还有待完成，目前，尚难于给出较准确的答案。由于美国等发达国家在地源热泵的工程应用方面已至少有十余年的历史，不妨先借鉴其经验。据世界环境保护组织EPA的一份有关空调未来的报告所得出的结论：地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高效节能的同时，将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。据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。 |
| 没有办法，为了贴子的完整性，只能这样!希望大家耐着性子看~! |
| 辛苦版主了，真不容易，图文并茂，很详细，看完了也学了不少的东东，特别是后面的 八、常见问题讨论 里面真的有不少知识!谢谢楼主，献上鲜花一朵!! |
山东 抚州 | 暖通空调
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