地源热泵系统主要有以下三种基本形式:
地下水地源热泵系统
原理:通过抽水井抽取地下水,利用地下水的热量(冬季提取热量用于制热,夏季将建筑物内的热量传递给地下水用于制冷),之后再通过回灌井将水回灌到地下。这种系统的热量传递主要是通过地下水在热泵机组中的循环来实现的。
特点:
高效节能:地下水温度相对稳定,一般在 10 - 20℃左右,无论是冬季还是夏季,与外界环境温度相比,都是比较理想的冷热源。在制热或制冷过程中,热泵机组的性能系数(COP)较高,能有效减少能源消耗。例如,在北方一些地区的冬季,利用地下水的热量进行制热,相比传统的电加热方式,可以节省大量的电能。
应用范围相对受限:其使用受到地下水文地质条件的限制。需要有充足的、合适温度的地下水资源,并且对地下水的水质也有一定要求,以免对热泵机组的换热器等设备造成腐蚀、结垢等损害。同时,为了避免地下水污染和地面沉降等问题,地下水的开采和回灌必须严格遵循相关规定。
适用场景:适用于地下水丰富、水质较好且回灌条件理想的地区,如一些靠近河流、湖泊等水系的地方,这些地方的地下水补充相对容易,有利于系统的长期稳定运行。
地表水地源热泵系统
原理:以地表水(如江河、湖泊、海水等)作为热源或热汇。在冬季,从地表水中提取热量,通过热泵机组提升温度后为建筑物供暖;在夏季,将建筑物内的热量传递给地表水,达到制冷的目的。热量交换通常是通过放置在水体中的换热器来完成的。
特点:
初投资较低:与地下水系统相比,地表水系统一般不需要进行复杂的地下水开采和回灌设施建设,系统的初投资可能会相对较低。例如,对于靠近大型湖泊的建筑,如果采用地表水地源热泵系统,只需要在湖泊中设置合适的换热器,就可以利用湖水的热量,减少了打井等费用。
受环境因素影响较大:地表水的温度波动比地下水大,会受到季节、气候、水流速度等多种因素的影响。比如在夏季高温时,湖泊表面的水温可能会升高较多,这会在一定程度上影响系统的制冷效率;在寒冷的冬季,如果河流处于枯水期,水温过低也会降低系统的制热性能。
适用场景:适合建筑物临近大型水体,如湖泊、河流、海洋等,且地表水温度在一年中大部分时间能够满足热泵系统运行要求的情况。像一些滨海建筑可以利用海水作为热源,内陆靠近大型湖泊的建筑利用湖水来运行地源热泵系统。
土壤源地源热泵系统(地埋管地源热泵系统)
原理:通过在地下埋设一系列封闭的塑料管道(通常称为地埋管换热器),管内循环介质(一般是水和防冻液的混合液)与周围土壤进行热量交换。在冬季,从土壤中吸取热量,经过热泵机组升温后为室内供暖;在夏季,将室内热量传递给土壤进行散热。热量传递主要是通过管道壁与土壤之间的导热来实现的。
特点:
环保性好:土壤源地源热泵系统在运行过程中不抽取地下水,也不向水体排放热量,对地下水资源和地表水生态环境几乎没有影响。同时,它还能减少温室气体排放,因为其高效的制热和制冷性能可以降低对传统化石能源的依赖。
系统性能稳定但初投资高:土壤的温度较为稳定,在一定深度下,土壤温度常年保持在一个相对稳定的范围内,一般在 10 - 20℃左右,这使得系统的性能比较稳定,不受地表气候变化的直接影响。不过,地埋管换热器的安装需要较大的埋管面积,并且施工难度较大,导致系统的初投资较高。例如,在一个较大面积的建筑区域内,需要埋设大量的地下管道来满足热量交换需求,这涉及到大量的土方工程和管材费用。
适用场景:几乎不受地理条件的限制,只要有足够的埋管空间,就可以安装使用。适用于各种类型的建筑,包括城市中的住宅、商业建筑等,特别是对于那些没有合适的地表水或地下水条件的区域,土壤源地源热泵系统是一种很好的选择。