摘要：地源熱泵是一種利用大地的能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，再由熱泵機組向建筑網(wǎng)供冷、供暖的高效結能技術，是一種利用可再生能源的新型空調技術。本文設計的熱泵是以豎井地源作為冷熱源的熱泵。為體現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢，本方案采用變頻控制系統(tǒng)。系統(tǒng)高效節(jié)能，更適合在廣大的農村、廠房車間、別墅等場所使用。 

　　關鍵詞：熱泵 水氟分離 地埋管 高效節(jié)能 變頻 

　　1 熱泵技術 

　　熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置。十九世紀早期法國科學家薩迪.卡諾（Sadi karnot）在 1824年首次以論文提出“卡諾循環(huán)”理論，這成為熱泵技術的起源。之后許多科學家和工程師對熱泵進行了大量研究。21 世紀，隨著“能源危機 ”出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進發(fā)展成熟的熱泵以其高效回收低溫環(huán)境熱能，節(jié)能環(huán)保的特點，重新登上歷史舞臺，成為當前最有價值的新能源科技�，F(xiàn)在我國主要利用的熱泵技術，按低位熱源分為：水源（海水、污水、地下水、地表水等）熱泵，地源（包括土壤、地下水）熱泵，以及空氣源熱泵。 

　　2 設計背景 

　　現(xiàn)有的地源熱泵多是大中型熱泵，而且多為水---水式，對于中國廣大的農村，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，空調已進入尋常百姓家，農村的房屋多，基本是平房或二層小樓，不可能安裝中央空調系統(tǒng)，也沒有適合農村使用的微型水――氟分離式地源熱泵，因此，本案設計了一款高效節(jié)能，更適合廣大農村使用的微型、高效、水――氟分離式變頻地源熱泵。 

　　3 設計原理 

　　地源熱泵技術是利用地表淺層水源（地下水、江、河、湖、海）土壤吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能，采用熱泵原理，通過少量的電能輸出，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉換的一種技術。地下水的溫度常年穩(wěn)定在16℃―18℃，夏季制冷時電空調通過室外機風扇向外部排放熱量，此時室外溫度高排放熱量困難效率低。本機技術就是在這種情況下給空調提供與17℃左右的地下熱源進行熱交換的工質，制冷劑向工質中排放熱量，這樣提高了效率，向外排放的熱量越多室內減少的熱量也就越多，此外制冷劑和壓縮機的溫度被冷卻的更低，壓縮機出氣管壓力降低，耗電量也隨之減少。因使用水――{氟系統(tǒng)，比普通地源熱泵少了一次換熱，所以本地源熱泵能效比更高，同時使用變頻控制系統(tǒng)，瞬間冷卻，系統(tǒng)舒適性提高，比普通電空調更節(jié)能。 

　　冬季制熱時電空調通過室外機風扇從外部吸收熱量，此時室外溫度低吸收熱量困難效率很低。當室外溫度低于-7℃時，空調不易啟動，因為此時制冷劑從室外吸收的熱量極少，在設計上達不到空調開啟的標準。本機技術就是在這種情況下給工質提供17℃左右的地下熱源進行換熱，制冷劑再從工質吸收熱量，這樣提高了效率，從外面吸收的熱量越多室內得到的熱量也就越多。普通空調冬天需要化霜，消耗電能，本系統(tǒng)不需要化霜，再配上變頻控制系統(tǒng)，因此冬季優(yōu)勢更加明顯，比普通電空調節(jié)能，比單純依靠電加熱更節(jié)能。 

　　性能分析：本地源熱泵空調可為25――30平米房間使用，供冷供暖面積是普通空調的1.5倍，用電量僅為普通空調的三分之二左右。功耗顯著降低、效果明顯增強。保護措施：變頻控制、缺水保護、防凍保護、缺氟保護等保證機組安全可靠運行。制冷劑采用R410，管道選用PE管，介質為乙二醇。循環(huán)泵為行業(yè)首選的威樂泵，蒸發(fā)器選用紫銅高效蒸發(fā)器，板換經(jīng)過防腐處理，壓縮機運行壓力比普通空調低，又經(jīng)過降噪處理，噪音很小，和風機低風速時的音量相當，系統(tǒng)相當穩(wěn)定。 

　　4 主要零部件 

　　4.1壓縮機 

　　壓縮機是熱泵的核心部件。熱泵內機利用風扇吸入室內的熱空氣，讓液態(tài)冷媒吸熱膨脹成氣體，然后再用壓縮機把氣化的冷媒壓縮、放熱還原成液體，將熱量排出室外。定頻壓縮機只有運轉和停止兩種模式，轉速固定無法增減，通電后運轉，達到設定溫度公差內冷氣機只能保持在送風狀態(tài)，在超越設定溫度一定時間后，壓縮機才會停止或運轉，因此讓人感到忽冷忽熱。變頻壓縮機利用頻率變換技術，改變電源的頻率，進而控制壓縮機的運轉速度，來調節(jié)冷氣輸出。本案采用美芝1.5P直流變頻壓縮機。 

　　4.2冷凝器 

　　熱泵空調機組的應用離不開冷凝器，冷凝器是空調機組運轉的四大部件之一。冷凝器的作用是將制冷壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑予以冷卻、使之液化，以便制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)使用。 

　　冷凝器的種類：根據(jù)冷卻劑種類的不同，冷凝器可歸納為四類，即：水冷、風冷、水――空氣冷卻以及靠制冷劑或其它工藝介質進行冷卻的冷凝器。熱泵裝置中主要使用前三類冷凝器。在確定冷凝器型式的前提下，根據(jù)冷凝負荷和冷凝器單位面積的熱負荷來計算冷凝器的傳熱面積，以此來選定具體的冷凝器的型號。本案因壓縮機選用了美芝1.5P直流變頻壓縮機。冷凝器經(jīng)計算選用30片釬焊板式換熱器。 

　　4.3蒸發(fā)器 

　　蒸發(fā)器是制冷四大件中很重要的一個部件，低溫的液態(tài)制冷劑通過蒸發(fā)器，與外界的空氣進行熱交換，“氣”化吸熱，達到制冷的效果。本案選用紫銅高效蒸發(fā)器。 

　　4.4節(jié)流裝置 

　　是指在充滿管道的流體流經(jīng)管道的節(jié)流件時，流束在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差的裝置，空調的節(jié)流裝置有毛細管、電子膨脹閥、熱力膨脹閥等。 

　　4.5四通閥 

　　液壓閥術語，是具有四個油口的控制閥。四通閥由三個部分組成：先導閥、主閥和電磁線圈。電磁線圈可以拆卸；先導閥與主閥焊接成一體。工作原理為通過電磁線圈電流的通斷，來啟閉左或右閥塞，從而可以用左、右毛細管來控制閥體兩側的壓力，使閥體中的滑塊在壓力差的作用下左右滑動從而轉換制冷劑的流向，達到制冷或制熱的目的。 

　　4.6主板 

　　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是整個系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的重要衡量標準。本方案采用與壓縮機功率匹配的海信變頻控制板。 

　　4.7循環(huán)泵 

　　地源熱泵的設計使用壽命為50年，循環(huán)泵的好壞直接決定系統(tǒng)的穩(wěn)定型。德國威樂泵得到行業(yè)的公認，它噪音低，壽命常，性能穩(wěn)定。 

　　4.8地埋管 

　　地源熱泵的地埋管方式有水平埋管和豎直埋管。豎直埋管目前使用最多的是U形管、套管和單管式�？紤]到使用的區(qū)域是農村，打井的成本等綜合因素，本方案采用豎直U形管，型號為DN25。 

　　5 結論 

　　地源熱泵已成功利用地下水、江河湖水、水庫水、海水、城市中水、工業(yè)尾水、坑道水等各類水資源以及土壤源作為地源熱泵的冷、熱源。本機設計精巧，綠色環(huán)保，高效節(jié)能，性能穩(wěn)定，具有很好的推廣價值；當然還有可以改進的地方，如改為一機多用，制取生活熱水等。