地源热泵的应用与发展

地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。

开放式地下水热泵系统在20世纪30年代被成功应用。

20世纪50年代欧洲和美国掀起了研究地源热泵的第一次高潮,美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统,印地安纳洲的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统的。

直到20世纪70年代,世界石油?;沟萌嗣枪刈⒔谀?、高效用能,地源热泵的研究进入了又一次高潮,这时瑞典的研究人员开始将塑料管应用在闭式环路地源热泵系统上,地源热泵的推广应用迅速展开。

经过近50年的发展地源热泵技术在北美和欧洲已非常成熟,是一种被广泛采用的热泵空调系统。针对地源热泵机组、地热换热器,系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。

到2019年底,美国有超过3万台系统在家庭、学校和商业建筑中应用,另据地源热泵协会统计,美国有600多所学校安装有地源热泵技术。

地源热泵工作原理

作为自然现象,正如水由高处流向低处那样,热量也总是从高温流向低温,用著名的热力学第二定律准确表述:“热量不可能自发由低温传递到高温”。但人们可以创造机器,如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样,采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以地源热泵实质上是一种热量提升装置,它本身消耗一部分能量,把环境介质中贮存的能量加以挖掘,提高温位进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低,这就是地源热泵节能的原理。

冬季,热泵机组从地源(浅层水体或岩土体)中吸收热量,向建筑物供暖;

夏季,热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中,实现建筑物空调制冷。

冬季地源热泵工作原理

冬天热泵中制冷剂正向流动,压缩机排出的高温高压气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量,相变为高温高压的液体,再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器,从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端,由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环。如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器,从而不断的向用户提供45℃-50℃的热水。

夏季地源热泵工作原理

夏天热泵中制冷剂逆向流动,与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水(7℃-12℃)提取热能,与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量,循环液中热量再向地下低温区排放,如此循环往复连续地向用户提供7℃-12℃ 的冷水。

总之,地源热泵技术是目前已经成熟的技术,正在广泛地应用在各个场所,它体现出来的高效、节能的特点正在被越来越多的用户认可。