[科普中国]-地热空调

简介

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？

地热空调系统的结构典型的地热空调系统2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。

地热空调系统的原理相对于地面来说3，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。

地热空调的分类根据室外换热方式的不同,地热空调系统可分为2三类:(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。

地热空调的节能环保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。

地热空调的发展潜力我国的地热资源很丰富2，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（