地热空调

采用自然地源热泵系统在采暖和制冷运行中每消耗1KW的电能，用户可获得4KW的热量，其能耗比为1∶4，能效比COP 1千瓦电能产生多少能量在3.54.4之间，比风冷空调高40%左右，运行费用比风冷热泵低30%、40%。冬天，“地热空调”代替锅炉从土壤中取热给建筑物供暖，同时还能提供生活热水，夏天替代普通空调将室内的热量排入土壤，为建筑物制冷，是一种取之不尽的能源。据悉，深圳的年耗电300多亿千瓦时，三分之一是空调耗电，而推广应用地温冷暖空调节能50%，每年节省电量50亿千瓦时，相当于半个妈湾电厂的发电量。若南京全部用上地热“空调”，那么仅空调一项就能比原来节电25%-50%。

此外，这种空调没有外置装置，采用R410替代氟制冷，不会破坏臭氧层。使用过程中也无任何排出物，对水资源不会造成消耗、破坏或影响。据测算，若安装地源热泵40万台，和采用“化石能源”比，相当于降低温室气体排放100万吨，和50万辆汽车的污染排放物。热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度，在建筑外都看不到空调，也听不到空调的声音。

近日，一种新型的“地热空调”正在兴起。特别是在南京市场，来自美国、加拿大的“地热”产品纷纷抢滩，市场一阵热卖。让人不禁想看看这“地热空调”究竟是何物？

典型的地热空调系统 由压缩机、水一制冷剂热交换器、水泵、制冷剂一水(或制冷剂一空气)热交换器、节流装置和电气控制设备等部件组成,虽然其结构类型多样,但基本上主要由三大部分组成:室外地热能换热器系统、水源热泵机组和室内空调末端系统。其中水源热泵是利用水作为冷热禅的热泵,而地热空调系统则是通过水这一介质与地热资源进行冷热交换后作为水源热泵的冷热源,其中与建筑物空调末端系统的换热介质可以是水或空气。

热泵机组与制冷机在热力学上并无区别,两者的工作循环均为逆向循环,都具有从低温热源吸热和向高温热源放热的特点,区别仅在于使用目的,当使用目的是从低温热源吸热时系统称为制冷机,当使用目的是向高温热源释放热量时系统称为热泵,伺一台机器既可供热又可制冷的系统称之为热泵空调系统。

地热空调通过输人少量的高品位能源(如电能),就可实现低温位热能向高温位热能的转移。冬季通过热泵将地表浅层中的热提高其品位对建筑物供热,同时蓄存冷量以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量释放到地表浅层的土壤中去,从而实现对建筑物的降温,同时蓄存热量以备冬用;并且夏热冬冷地区供热和供冷天数大致相当,冷暖负荷基本相同,采用同一系统可充分发挥地下蓄能的作用。系统的季节性能系数高而稳定,COP通常可达4,即系统每消耗1kw的能量,用户可以得到4kw以上的热量或冷量。

相对于地面来说 ，地下水的温度一般常年维持在 16 至 18 摄氏度。所谓地热空调，简单地说，就是利用地下水温度冬季比地表高、夏季比地表低所产生的温差，从而在冬季能够供热，在夏季能够供冷。 从工作机制上讲，这种系统不是直接把地下水提上来，而是利用地下水的能量作为能源，在地下埋管，吸收热能。地源热泵利用埋管温差传递，通过压缩机启动，能送上摄氏 60 度的热水和摄氏 8 度的冷水，通过冷却塔，然后把 20 至 26 摄氏度的热风或冷风送进风道，再从安装在房顶上面的风口 “ 吹 ” 进每家每户。因此，它事实上是一种通过一套设备，大家都能共享的中央空调系统。

早在上世纪50年代，地源热泵就在北欧国家使用，70年代石油危机时在西方世界得到推广。美国目前已安装了40万台地热空调，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%，其中这项技术在新建筑中的应用高达30%。美国能源部正在计划未来几年达到年装40万台地源热泵的目标。

在国内，从进入90年代，我国就兴起了地热直接利用的高潮，尤其在高纬度寒冷的三北（东北、华北、西北）地区，加大了以地热供暖为主的开发力度。这项工作的开展不仅减少了大量有害物质的排放，而且还能取得明显的经济效益。整个华北地区地热供暖面积达131.38×04m2。除此之外，目前北京、天津、西安等地正在利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。东南沿海地区在发展旅游业的同时利用地热进行制冷和烘干。全国地热温室面积目前已超过100×04m2，其中22%在河北省。需要特别加以指出的是随着热泵技术的发展和采用，中低温热水在全国正以强劲势头向规模化、产业化方向健康发展。特别在北京为保护环境及2008年的"绿色奥运"，地热作为一种"绿色"能源将得到更加广泛的利用。

根据室外换热方式的不同,地热空调系统可分为 三类:(1)土壤埋管系统(有水平埋管和垂直埋管),通过管壁与地下土壤进行换热;(2)地下水系统;(3)地表水系统。根据循环水路是否密闭,又可分为闭环和开环系统,其中土壤埋管与地表水换热器方式为闭环系 统,开环系统有抽取地下水、地表水或废能介质方式。此外,还有一种“直接交换式”系统,它不像上述系统需要采用中间介质水来传递热量,而是将热泵系统的冷凝器或蒸发器直接埋人地下与地热能进行热交换。

根据应用的建筑物对象不同,地热空调系统可分为家用和商用两大类,其中家用系统多用于小型住宅,别墅等户式空调。从输送冷热量方式看可分为集中系统、分散系统和混合系统三种。集中系统:热泵布置在机房内,冷、热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间或建筑区域实现供冷供热;分散系统(又称水环路热泵系统):采用水环路方式依靠中央水泵的动力作用将水送到各用户作为冷热源,用户单独使用自己的热泵机组调节环境的冷热,一般用于办公楼、学校和商用建筑等;混合系统:将地热资源、冷却塔、太阳能集热或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统,例如,南方地区冷负荷大,热负荷小,夏季适合联合使用地热资源和冷却塔,而冬季则只使用地热资源;北方地区热负荷大,冷负荷小,冬季适合联合使用地热资源、太阳能或锅炉,夏季只使用地热资源。

我国的地热资源很丰富 ，按属性可分为三种类型：高温（>150℃）对流型地热资源，主要集中在环太平洋地热带通过的台湾省，地中海-喜马拉雅地热带通过的西藏南部和云南、四川西部；中温（90～150℃）、低温（<90℃）对流型地热资源，主要分布在福建、广东、湖南、湖北、山东、辽宁等省；中低温传导型地热资源，主要分布在华北、松辽、四川、鄂尔多斯等。中国400万km2的沉积盆地的地热资源也比较丰富，但差别十分明显，除青藏高原外，总的来说盆地的地温梯度是由东向西逐渐变小。目前中国已发现的水温在25℃以上的热水点(包括温泉、钻孔及矿坑热水)约4000余处，分布广泛。温泉出露最多的西藏、云南、台湾、广东和福建，温泉数约占全国温泉总数的1/2以上；其次是辽宁、山东、江西、湖南、湖北和四川等省，每省温泉数都在50处以上。

我国是一个以中低温地热资源为主的国家，近10年来地热直接利用均以每年10%速率增长，目前以直接利用设备装机容量的产量居世界之首。地源热泵是一种值得推广的可再生能源利用技术。地热并不只存在于地壳深处或温泉等可开采的热水，地表浅层的“恒温层”就可大面积应用。

在国外,一些国家的地热空调技术起步较早,发展至今技术已经基本成熟,并开始逐步应用于各种建筑中。但由于这些国家的气候条件偏冷,主要是研究冬季供热,而对夏季制冷工况研究得较少。而我国地处温带,冬季需采暖,夏季需供冷,因此必须研究出能同时实现供冷供热的地热空调系统,这有许多新的技术问题需要国内的研究人员去分析和解决,但其关键技术仍是土壤的热特性研究和热泵系统的合理匹配 。

土壤的热特性研究

地热空调系统的性能好坏与当地土壤热特性密切相关,地热源的最佳间隔和深度取决于当地土壤的热物性和气候条件。土壤的热特性研究主要包括土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿以及环境对土壤热物性的影响等。

热泵系统合理匹配的研究

90年代以来,地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能换热器匹配等方面。与前一阶段单纯采用“线源”传热模型不同,最新的研究更多地开始关注相互藕合的传热、传质模型以更好地模拟地热能换热器的真实换热情况;同时开始研究采用热物性更好的回填材料,以强化土壤埋管在土壤中的导热过程,从而降低系统用于安装土壤埋管的初投资;为进一步优化系统,国外有关地热能换热器与热泵装置的最佳匹配参数的研究也在开展。

对普通居民来说 ，地热空调和普通家用空调，谁更划算？中央空调造价一般在300元/6平方米，地源空调接近500元/6平方米，一座300平方米的别墅，安装中央空调不到10万元，地热空调14万元多。但一旦运行后，地热空调运行费用要比中央空调低近一半，算上初始投资，四五年后二者总费用就相当。若是选择土质松软、接近河湖（地下水丰富）的地方，地热空调安装、运行费用还将大大降低。设备投资上，地源热泵聚乙烯换热管埋下去可用50年，空调机结构简单，运转部件少，20年不用维修，一次投入，长期受益。

如今能源成为经济发展的“指南针”。国际能源专家普遍认为，新能源和可再生能源是21世纪将得到快速发展的能源 。我国地热资源丰富，应该抓住这一良遇，加速地热的开发，为我国可持续发展及环境保护作出积极贡献。

新型的“地热空调”正在兴起。特别是在南京市场，来自美国、加拿大的“地热”产品纷纷抢滩，市场一阵热卖。让人不禁想看看这“地热空调”究竟是何物。

地热空调技术其实指的是地源热泵。

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

采用自然地源热泵系统在采暖和制冷运行中每消耗1KW的电能，用户可获得4KW的热量，其能耗比为1∶4，能效比COP 1千瓦电能产生多少能量在3.54.4之间，比风冷空调高40%左右，运行费用比风冷热泵低30%、40%。冬天，“地热空调”代替锅炉从土壤中取热给建筑物供暖，同时还能提供生活热水，夏天替代普通空调将室内的热量排入土壤，为建筑物制冷，是一种取之不尽的能源。据悉，深圳的年耗电300多亿千瓦时，三分之一是空调耗电，而推广应用地温冷暖空调节能50%，每年节省电量50亿千瓦时，相当于半个妈湾电厂的发电量。若南京全部用上地热“空调”，那么仅空调一项就能比原来节电25%-50%。

此外，这种空调没有外置装置，采用R410替代氟制冷，不会破坏臭氧层。使用过程中也无任何排出物，对水资源不会造成消耗、破坏或影响。据测算，若安装地源热泵40万台，和采用“化石能源”比，相当于降低温室气体排放100万吨，和50万辆汽车的污染排放物。热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度，在建筑外都看不到空调，也听不到空调的声音。