地埋管地源热泵技术

    该系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭的地下埋管中流动,实现系统与大地之间的传热。该系统在结构上的特点是有一个由地下埋管组成的地埋管换热器,其设置形式主要有水平埋管和竖直埋管两种。水平埋管形式是在地面挖1~2m深的沟,每个沟中埋设2、4或6根塑料管。竖直埋管的形式是在底层中钻直径为0. 1~0.15m的钻孔,在钻孔中设置1组(2根)或2组(4根)U型管并用灌浆材料填实。钻孔的深度通常为40~200m。竖直埋管比水平埋管节省很多土地面积

    1.系统的组成

    地源热泵空调系统主要有三部分组成:地热换热器、热泵机组和用户末端。有的热泵主机还设有冷凝热回收装置。因此,相应的地源热泵空调系统有三个必需的回路,对于设有冷凝热回收装置的热泵还有第四个预热生活热水的环路。

    (1)地热换热器回路(室外环路)。由塑料管组成的在地下循环的封闭回路,循环介质为水或防冻液。

    (2)制冷剂回路。热泵机组内部的制冷循环,与空气源热泵相比,只是将空气-制冷剂换热器换成水-制冷剂换热器,其他结构基本相同。

    (3)用户侧回路(室内环路)。室内环路在建筑物内和热泵机组之间传递热量,传递热量的介质有空气、水或制冷剂,而地热换热器环路和热泵机组的热量传递介质总是水(或添加防冻剂的水)。

    (4)生活用热水回路。这是将水从生活热水箱送至冷凝器去循环的封闭加压回路。

    2.地源热泵的运行原理

    2.1供热循环

    在供热循环中,是将土壤中储存的热能连同系统循环泵、压缩机、风机等消耗的电能一起传递到建筑物的空气中或生活热水中。因此,在热泵的运行中,蒸发器是水-制冷剂换热器,即与地热换热器连接的一侧;冷凝器是制冷剂-室内传热介质的换热器,即与室内空气盘管或冷水相连的一侧。

    在地下换热器回路中,从水-制冷剂换热器回来的液体通过循环管道被土壤所具有的较高温度所加热,吸收了土壤中的热量。这些热量被带回到水-制冷剂换热器,制冷剂在水-制冷剂换热器中蒸发,则吸收了这些热量。

    在制冷剂环路中,被蒸发的制冷剂进入压缩机中,被压缩为高温高压的蒸汽,这些气态的制冷剂携带着从土壤中传递来的热量和压缩机消耗的电能一起进入空气-制冷剂换热器,被空气吸收热量后冷凝为液态。然后经过节流装置,制冷剂压力降低,温度也相应降低。低压低温的制冷剂液体流入蒸发器(水-制冷剂换热器),再次被来自地下回路的热量蒸发,从而使吸、放热过程循环往复的进行。

    在空气环路中,室外新风或空调回风进入冷凝器(空气-制冷剂换热器),吸收了高温高压的制冷剂所携带的热量后,通过空气分布系统,分配到建筑物的各个区域,从而提高或维持了室内温度。

    2.2制冷循环

    在制冷循环中,热量的流动方向是将建筑物的热及压缩机、泵和风机所消耗的电能释放到土壤中。因此,从地源热泵的制冷剂循环的角度来看,蒸发器侧是与室内空气盘管所连接的一侧,而冷凝器侧是与地下换热器所连接的一侧。在空气环路中,较高温度的室外新风或空调回风进入蒸发器(空气-制冷剂换热器),被低温低压的制冷剂所冷却,将热量传递给制冷剂后,通过空气分布系统,分配到建筑物的各个区域,从而降低或维持了室内温度。

    在制冷剂环路中,被蒸发的制冷剂进入压缩机中,被压缩为高温高压的蒸气,这些气态制冷剂携带者从空气环路中传递来的热量和压缩机消耗的电能一起进入水-制冷剂换热器,被从地下回路的循环水吸收热量后,自身冷凝为液态,然后经过节流装置,制冷剂压力降低,温度也相应降低。低温低压的制冷剂液体流入蒸发器(空气-制冷剂换热器),吸收室内空气的热量蒸发,从而使吸、放热过程循环往复的进行。

    在地热换热器环路中,从水-制冷剂换热器回来的液体通过循环管道被土壤所冷却,向土壤释放热量。

    2.3生活热水循环

    生活热水循环是一个可选的循环,它由安装在热泵压缩机排出处的冷凝热回收装置(过热蒸汽冷却器)来完成。