地源熱泵的應用與發展

地源熱泵的概念最早出現在1912年瑞士的一份專利文獻中。

開放式地下水熱泵系統在20世紀30年代被成功應用。

20世紀50年代歐洲和美國掀起了研究地源熱泵的第一次高潮,美國愛迪生電子學院最早研究閉式環路熱泵系統,印地安納洲的印地安納波利斯是最早安裝閉式環路地源熱泵系統的。

直到20世紀70年代,世界石油危機使得人們關注節能、高效用能,地源熱泵的研究進入了又一次高潮,這時瑞典的研究人員開始將塑料管應用在閉式環路地源熱泵系統上,地源熱泵的推廣應用迅速展開。

經過近50年的發展地源熱泵技術在北美和歐洲已非常成熟,是一種被廣泛采用的熱泵空調系統。針對地源熱泵機組、地熱換熱器,系統設計和安裝有一整套標準、規范、計算方法和施工工藝。

到2019年底,美國有超過3萬臺系統在家庭、學校和商業建筑中應用,另據地源熱泵協會統計,美國有600多所學校安裝有地源熱泵技術。

地源熱泵工作原理

作為自然現象,正如水由高處流向低處那樣,熱量也總是從高溫流向低溫,用著名的熱力學第二定律準確表述:“熱量不可能自發由低溫傳遞到高溫”。但人們可以創造機器,如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣,采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以地源熱泵實質上是一種熱量提升裝置,它本身消耗一部分能量,把環境介質中貯存的能量加以挖掘,提高溫位進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低,這就是地源熱泵節能的原理。

冬季,熱泵機組從地源(淺層水體或巖土體)中吸收熱量,向建筑物供暖;

夏季,熱泵機組從室內吸收熱量并轉移釋放到地源中,實現建筑物空調制冷。

冬季地源熱泵工作原理

冬天熱泵中制冷劑正向流動,壓縮機排出的高溫高壓氣體進入冷凝器向集水器中的水放出熱量,相變為高溫高壓的液體,再經熱力膨脹閥節流降壓變為低溫低壓的液體進入蒸發器,從地下循環液中吸取低溫熱后相變為低溫低壓的飽和蒸汽后進入壓縮機吸氣端,由壓縮機壓縮排出高溫高壓氣體完成一個循環。如此循環往復將地下低溫熱能“搬運”到集水器,從而不斷的向用戶提供45℃-50℃的熱水。

夏季地源熱泵工作原理

夏天熱泵中制冷劑逆向流動,與用戶換熱的冷凝器變為蒸發器從集水器中的低溫水(7℃-12℃)提取熱能,與地下循環液換熱的蒸發器變為冷凝器向地下循環液排放熱量,循環液中熱量再向地下低溫區排放,如此循環往復連續地向用戶提供7℃-12℃ 的冷水。

總之,地源熱泵技術是目前已經成熟的技術,正在廣泛地應用在各個場所,它體現出來的高效、節能的特點正在被越來越多的用戶認可。