地源热泵的原理
时间：2016-10-07 浏览人次：次
随着经济的发展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷。
随着空调技术的不断发展，各种先进的中央空调系统开始出现，尤其是近几年来，国际合作的深入，地源热泵空调系统开始出现在我国。和普通的中央空调不同，地源热泵利用地热资源为冷热源，在满足制冷制热外之外，还能提供生活热水，更加灵活、舒适、节能。作为安装监理工程师，在地源热泵这种技术产生、发展、安装、使用的过程中，首先监理该系统安装并对其安装质量进行技术评价，如果不随着时代的进步不断深化学习研究，不对地源热泵这种空调系统有一定的了解掌握，单凭以往在学校了解的空调知识，不可能对该类安装工程很好的进行监督、管理。
1、地源热泵与其他热泵机组的区别
热泵机组装置主要有：压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀四部分组成，通过让液态工质（制冷剂或冷媒）不断完成：蒸发→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中吸热，此时从环境取热的对象称为热源；相反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排热的对象称为冷源。
蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水换热两种形式。 热泵根据与环境换热介质的不同，可分为：水—水式，水—空气式，空气—水式，和空气—空气式共四类。 利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。 利用水或地热作冷热源的热泵，称之为地源热泵。
2、地源热泵的工作原理
制冷原理 在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式为房供冷。
制热原理 在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。地源热泵将地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。
由上述地源热泵的制冷原理、制热原理说明可以看出，地源热泵的工作原理在整个空调系统的大循环（制冷、制热）系统中与风冷热泵、水冷热泵并无太大区别，所区别的只是在热泵机组的冷热源不同，冷凝器的所产生的热量（冷量）与室外环境的换热方式不同。地源热泵是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。所以，作为专业设备监理工程师，在对这类空调系统施工的监理过程中，如果对热泵机组设备与室内管道、风机盘管等空调系统安装比较熟悉的情况下，只需掌握室外冷热源换热系统的设备管道安装，重视其施工工艺、评价施工质量是否达到设计、规范要求，就能判断整个地源热泵系统是否施工到位，能否满足设计使用要求，由此来判断整个空调系统的施工质量是否能验收合格。
3、地源热泵换热器的安装方式
土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤源热泵系统主机通常采用水—水或热泵机组或水—气热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。垂直埋管换热器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分为浅层（100m）三种。
水源/地源热泵有开式和闭式两种。开式系统：是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。闭式系统：是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。闭式系统不受地下水位、水质等因素影响，所以使用比较广泛。
1、垂直埋管--深层土壤 垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。
2、水平埋管--大地表层 在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。
3、地表水 江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的。利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制。
地源热泵换热器安装监理应重视的几项内容
在现在大多数的工程设计中，换热管道一般都是采用闭式系统，垂直埋管与水平埋管结合，再连接至热泵机组进行换热。因此，空调系统运行效果在一定程度上主要取决于热泵换热器管道与大地的换热质量。而换热管道与大地的换热效果取决于管道的传热性能、管道的长度和管径、管道内水流的流量和流速以及换热管与环境的换热接触效果。1、在施工过程中，换热管道的传热性能控制在于控制管道的质量。这方面我们可以采用常规的验收手段，比如检查管道的外观、性能检测报告、厚度等等是否符合设计、规范要求。一般现在大多数采用专用的地源热泵管道，这在质量验收上有一定的保证，只需核查相关合格证、检测报告，并参照报告上的检测数据和通用验收规范进行抽查，也可随机抽取一定数量的管道送有资质的检测机构进行相关复试，如在管道的相关验收内容均合格，则可以判断该管道能满足地源热泵换热埋地管的使用要求。
2、换热管道的长度和管径验收参照依据主要是设计，但必须针对实际情况验收管道的实际使用长度。在垂直埋管验收中由于施工完毕不能测量，则在管道放入前应检查其管道长度是否符合设计要求。需重视的是在管道埋入前，应明确垂直管道的实际施工长度。垂直管道在埋入地下时，会预留一部分在地坪表面，以备将来与水平管道连接时作为标记，且在水平管道施工时由于水平管道的埋深，也会在连接时剪断垂直管道以利于与水平管道连接。这在控制垂直管道深度时就要考虑管道的实际使用长度。例如：假设室外垂直管道施工时室外原始地坪低于项目完工地坪0.5米，在原始地坪上打井进行垂直管道施工。设计要求井深80米，水平管道埋深2米，打井施工中预留在地坪1.5米，则要求在打井使用的垂直管道长度为：80+2+1.5-0.5=83米。这在工程开始施工前就应先计算好并控制好管道的长度，同时计算好井深80+2-0.5=81.5米。一般垂直换热管在出厂前每一根都分开包装，并在包装上标记型号、品牌、规格及相关资料，在上述的计算依据下对垂直换热管进行抽查，防止设计要求80米垂直管而施工进货80米，导致后期换热管长度与设计严重不足，导致整个系统达不到设计要求。在水平管道的长度控制上主要在井位放线的位置，井位放线确定位置后，则水平管的长度基本也能控制到位。
3、换热管道的水流速度和流量主要取决于按照设计施工，当然，换热管道的施工质量也在一定程度上对其有较大影响。在按设计管径埋管、配泵的同时，有两点值得注意的管道施工质量问题：在管道的连接方面，由于大多数采用PE管道热熔连接，在热熔接头上，施工人员的技术水平决定了热熔接头的质量。在“U”型接头、“T”型接头的验收可以直接检查施工准备时预先做好的配件热熔接头，往往热熔不好的接头可能导致管道大截面堵塞，从而导致管道水流不畅或部分水井达不到使用要求甚至不工作，以影响整个系统的使用效果。在直管连接的热熔接头检查上，由于管路过长，一般可以采用破坏性检查，将接头处断开，检查热熔管熔渣是否堵塞管道。垂直管道要求与系统管道分开试压，如果管道有渗漏，则直接影响系统正常工作。垂直管道与水平管道由于施工的间歇时间较长，且垂直管道漏水后基本不能修补，这要求垂直管道在入井前先进行压力试验。值得注意的是由于垂直管道井深较长，在进行垂直管道的压力试验时应考虑水系统的设计工作试验压力和垂直管道由于重力势能产生的压力相结合，特别是井底末端“U”型接头的承压能力处于整个系统承压最大部位，如设计系统试验压力1.0MP，而垂直管长100米，约产生1.0MP的重力势能压力，则垂直管道在入井前的试验压力则不得低于2.0MP。
4、换热管道与环境的接触效果取决于管道周围的填充，同时，管道周围的填充也决定了整个换热管道的使用寿命。由于地下层地质情况的不确定性，需严格按设计要求进行井部垂直管道的井道填充，这在换热效率和管道保护上有重要意义，由于垂直换热管道的不可维修的特性，在一定程度上决定了垂直管道的使用寿命从而决定了整个系统的使用效果和使用寿命。而作为水平换热管的保护也同样道理，在后期施工中，由于工序、工种、机械较多，施工复杂，而换热管道一般为专用PE管，抗压、抗损能力较差，需对其进行严格保护，按设计要求对管沟进行填充和管道保护，防止后期施工破坏产生大面积维修，从而影响系统使用。
当然，在换热管道施工阶段，严格按设计施工应作为监理验收评定的重要依据。阀门、检查井的设置与施工也应重视，其在一定程度上对后期的维修、定期检查有相当重要的作用。同时，在地源热泵机房施工时有别于其他空调机房安装，以下几方面也值得重视：1、换热管道的进出机房的施工；2、主机进入机房的流程安排和吊装洞口的设置；3、机房的内部除湿与散热；4、机房电源主柜与主机控制柜的位置设置；5、机房排水问题......
结束语
总体来说，所有地源热泵系统都有着突出的技术优点，环境和经济效益显著、一机多用，应用广泛、自动运行、无环境污染、维护费用低、使用寿命长、节省空间，在建筑供热空调中采用热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的建筑节能新技术，现在在许多工程上已采用。作为设备安装监理工程师，在该类技术设备投入使用前首先涉及，严格把关该系统的施工质量、确保系统按设计效果运行有重要的作用。作为现在的安装监理工程师，在专业系统学习时可能基本在十年前，虽然没有完全的参照技术课本和验收规范，但整个系统的运行原理完全与其他热泵空调一致，只是在与室外换热上有所区别。只需把握好室外换热系统的施工质量，按规范对室内部分进行检查、验收，基本对地源热泵系统监理没有什么太大难度。
：客服专员