比太阳能还节能？一文剖析地源热泵技术的工作原理和优势
发布日期：2023年8月22日 地源热泵系统利用的是地下的恒温，使得无论在制冷还是制热时，都能保持高效率。这就像在夏天用冷水浇灭高温，冬天用热水取暖一样，简单而高效！
地热发电的利用系数高达70%以上，明显高于太阳能、风能、潮汐能、水力和生物质等可再生能源发电，具有很强的竞争力。
地热能是一种可再生能源
地热能大部分起源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量，这种地热活动寿命最低5000年到100万年以上，这些热量使得地球中心的温度高达6500℃，高温的热量透过地层向地表上方释放。据估算，储存于地球内部的热量约为全球煤炭储量的1.7倍，其中可利用量相当于4948万亿吨标准煤，按目前世界年消耗190亿吨标准煤计算，能满足人类数十万年的能源需求；此外，还有一小部分能量来自太阳，大约占总的地热能的5%，表面地热能大部分来自太阳。因此，地热能是一种可再生能源，并且不会导致大气污染，具有储量大、分布广、绿色低碳、稳定可靠等特点。
地热能的利用涉及的模式十分广泛，150℃以上地热主要用于发电，150℃以下可以直接利用，如应用在工业加工、民用采暖和空调、医疗、洗浴、土壤加温、农业温室、农田灌溉、水产养殖、畜禽饲养等方面。
据清华大学建筑节能中心测算，我国建筑运行产生的碳排放占全国总碳排放量的21%-23%，从当前建筑运行相关的二氧化碳排放状况来看，由于北方城镇采暖主要来自热电联产和各类燃煤、燃气锅炉生产的热力，每平米二氧化碳排放已经达到 37 公斤，仅北方城镇采暖碳排放就达到5%以上。居民采暖急需低碳转型、尽早碳达峰。应用地源热泵技术可以高效利用地热能为建筑采暖供冷提供清洁能源，有效降低我国城乡建筑碳排放。
地源热泵技术的工作原理
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统，通过输入少量的高品位能源（如电能等）实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。
它只需消耗少量电能就可以将大量的低品位的浅层地热能转移给品位相对较高的空调循环水，在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，为建筑物制冷，并且常年能保证地下温度的均衡。
"地源热泵"的概念，早在二十世纪初便被提出，北欧国家主要偏重于冬季采暖，处于温热带的地区则注重冬夏联供。具体来讲，地源热泵利用了地下土壤和地下水相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统，应用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移与建筑内部空间完成热交换。
地源热泵利用地球表面浅层地热资源，其通常小于400米深，作为冷热源进行能量转换。地表浅层热能主要源于太阳，是一个巨大的太阳能集热器。它不受地域、资源等限制，这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。
从地源热泵工作原理来看，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（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将地表浅层的热量转移到水中，在这个过程中：
1、压缩机：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是整个系统的心脏。
2、蒸发器：是输出冷量的设备，它的作用是让制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。
3、冷凝器：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。
4、膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。
用作温度调节装置时地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地能换热系统、水源热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递。
地源热泵技术的优势
节能、节水：利用地源热泵技术供热时,每消耗1kw·h的电能，可以获得4~5kw·h的地热能，因此可以降低供热成本；利用地源热泵技术制冷时,比传统中央空调技术降低能耗20%以上；以地下水或地表水作为低位热源时，地源热泵系统仅提取水中的能量，水在热泵机组中进行换热后还一滴不少地被送回去,不仅不消耗水资源还不污染环境；以地下土壤作为低位热源时，地源热泵系统也不会消耗和污染水资源。
环境效益显著：地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比减少40%以上，与电供暖相比减少70%以上。制热系统比燃气锅炉的效率高出近75%。制冷剂比常规空调装置减少25%的充灌量。运行时没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
性能稳定：地下温度稳定，地下的平均温度基本稳定在16度到22度之间，不受室外环境空气变化温度影响，主机制冷热稳定，不会出现传统空调室外温度过高或过低功能失效的情况。
安全、寿命长：地源热泵的机械运动部件(主机为工厂整体组装)非常少，所有的部件埋在地下或是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，系统采用闭式循环减少腐蚀、污染与结垢，延长设备使用寿命，同时系统维护费用低；地下部分（PE管）可保证50年（免维护），需要维护的主要是水泵与室内管道与室内机---维护简单工作量小，节省维护费用，机组通常寿命可达25年。
应用范围广：地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖。
来源：碳零达，中锐芯科技，零零昊，地大热能
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