一(yi)、地(di)源熱泵系統的分類

1.埋管式地源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)系(xi)統也稱地下耦(ou)(ou)合熱(re)(re)泵(beng)系(xi)統或土(tu)壤熱(re)(re)交換(huan)器地源(yuan)熱(re)(re)泵(beng)，包括一個土(tu)壤耦(ou)(ou)合地熱(re)(re)交換(huan)器。它或是水(shui)平(ping)安裝(zhuang)在地溝中(zhong)(zhong)，或是以U形管狀(zhuang)垂直安裝(zhuang)在豎井之中(zhong)(zhong)。通過中(zhong)(zhong)間(jian)介(jie)質（通常為水(shui)或者是加入防凍(dong)劑的(de)水(shui)）作為熱(re)(re)載(zai)體，使中(zhong)(zhong)間(jian)介(jie)質在土(tu)壤耦(ou)(ou)合地熱(re)(re)交換(huan)器的(de)封(feng)閉環路中(zhong)(zhong)循環流(liu)動，從而(er)實現與大(da)地土(tu)壤進行熱(re)(re)交換(huan)的(de)目的(de)。

1）水(shui)平埋管地源熱泵系統。

比(bi)(bi)較(jiao)(jiao)簡單的方式是當室(shi)內(nei)負荷比(bi)(bi)較(jiao)(jiao)小，土(tu)壤換熱器長(chang)度比(bi)(bi)較(jiao)(jiao)短，可以(yi)把(ba)與(yu)單回路管子隨開(kai)挖(wa)土(tu)方施工直接(jie)埋入(ru)地下。

當室內負荷比較大，土壤換熱器長度比較長，就需要考慮換熱器的(de)布置(zhi)問(wen)題，常有的(de)布置(zhi)方式(shi)有以下兩種。

（a）串(chuan)聯(lian)式(shi)水平埋管

（b）并聯(lian)式(shi)水平埋管

2）垂直埋管地源熱泵系統

（a）比(bi)(bi)(bi)較簡單的(de)方式是，當室內負荷(he)比(bi)(bi)(bi)較小(xiao)，土壤換(huan)熱器長度比(bi)(bi)(bi)較短，換(huan)熱器井(jing)數比(bi)(bi)(bi)較少(shao)，可以直接(jie)接(jie)入機房。

（b）當室(shi)內(nei)負荷(he)比較(jiao)大，土壤換(huan)熱(re)器長(chang)度(du)比較(jiao)長(chang)，就需要考慮換(huan)熱(re)器井群的(de)布置問(wen)題，一般是(shi)若干(gan)口井匯集到集水(shui)器中(zhong)，然后統一由干(gan)管接入機房。

（c）垂(chui)直埋管(guan)地源熱(re)泵(beng)系統(tong)有一(yi)種(zhong)特殊形式叫：樁基(ji)換熱(re)器（或叫做能量樁），即在樁基(ji)里布設在換熱(re)管(guan)道。

（d）地熱(re)智(zhi)能(neng)橋，類似樁基換熱(re)器(qi)，由橋板中(zhong)埋管的(de)地源熱(re)泵自(zi)動(dong)融(rong)雪的(de)橋被稱為地熱(re)智(zhi)能(neng)橋。雪落(luo)到橋面后，這些盤(pan)管利用地熱(re)將雪融(rong)化。地源熱(re)泵的(de)開啟靠(kao)輸入的(de)當地氣象參數來控制(zhi)。

3）螺旋埋管地(di)源熱泵(beng)系統(tong)

（a）長軸(zhou)水平布置的螺旋埋管地源熱泵系統(tong)

（b）長軸豎直布置的(de)螺旋埋管地(di)源熱泵(beng)系(xi)統（盤旋布置埋管地(di)源熱泵(beng)系(xi)統）

（c）埋管(guan)地源熱(re)泵系統有一種特殊布置形式叫： 溝(gou)渠集水器式螺旋埋管(guan)地源熱(re)泵系統，也(ye)有學者把它(ta)歸到(dao)多層水平埋管(guan)地源熱(re)泵系統。

2. 地下水熱(re)泵系統

也就是通(tong)常(chang)所說的(de)深井(jing)回灌式水(shui)源(yuan)(yuan)熱泵系統(tong)。通(tong)過建(jian)造抽水(shui)井(jing)群(qun)將地(di)下(xia)水(shui)抽出(chu)，通(tong)過二次換熱或直接送至(zhi)水(shui)源(yuan)(yuan)熱泵機組，經提(ti)取熱量(liang)或釋放(fang)熱量(liang)后，由回灌井(jing)群(qun)灌回地(di)下(xia)。

無論是(shi)(shi)深(shen)(shen)井水(shui)(shui)，還是(shi)(shi)地(di)(di)下(xia)熱(re)(re)水(shui)(shui)都是(shi)(shi)熱(re)(re)泵的(de)良(liang)好的(de)低位熱(re)(re)源(yuan)。地(di)(di)下(xia)水(shui)(shui)位于較深(shen)(shen)的(de)地(di)(di)方，由于地(di)(di)層的(de)隔熱(re)(re)作用，其溫(wen)度隨季節(jie)氣溫(wen)的(de)波動(dong)很小，特別是(shi)(shi)深(shen)(shen)井水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)溫(wen)常年基本不變，對(dui)熱(re)(re)泵的(de)運(yun)行(xing)十分有(you)利。深(shen)(shen)井水(shui)(shui)的(de)水(shui)(shui)溫(wen)一般月比當地(di)(di)氣溫(wen)高1—2℃。

通(tong)常系統包括帶(dai)潛水泵的取(qu)水井和回(hui)灌井。板式熱交換器采取(qu)小溫(wen)差換熱的方式運行。

單井(jing)換(huan)熱熱井(jing)，也就是單管型垂直(zhi)(zhi)埋(mai)(mai)管地(di)(di)源(yuan)熱泵，在(zai)國外常稱為(wei)“熱井(jing)”。在(zai)這種方(fang)式下，在(zai)地(di)(di)下水位以(yi)上(shang)用(yong)鋼(gang)套(tao)作為(wei)護套(tao)，直(zhi)(zhi)徑(jing)和孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑(jing)一直(zhi)(zhi)；在(zai)地(di)(di)下水位以(yi)下為(wei)自然孔(kong)(kong)(kong)(kong)洞，不(bu)加任(ren)何固(gu)井(jing)設施。熱泵機組(zu)出水直(zhi)(zhi)接在(zai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)洞上(shang)部(bu)進入，其(qi)中(zhong)一部(bu)分(fen)在(zai)地(di)(di)下水位以(yi)下進入周邊巖(yan)(yan)土換(huan)熱，其(qi)余部(bu)分(fen)在(zai)邊壁處與巖(yan)(yan)土換(huan)熱。換(huan)熱后的流(liu)體在(zai)孔(kong)(kong)(kong)(kong)洞底部(bu)通過埋(mai)(mai)至底部(bu)的回水管被抽(chou)取作為(wei)熱泵機組(zu)供水。這一方(fang)式主要應用(yong)于(yu)巖(yan)(yan)石地(di)(di)層，典型孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑(jing)為(wei)150mm，孔(kong)(kong)(kong)(kong)深450m。

3.地表水熱泵系統

由潛在水(shui)面以下的(de)(de)、多重并聯的(de)(de)塑料管組成的(de)(de)地(di)(di)下水(shui)熱(re)交(jiao)換器取代了土(tu)壤熱(re)交(jiao)換器，它們被連(lian)接到建筑物中，并且(qie)在北方地(di)(di)區需要進行防凍處理。利用包括江水(shui)、河水(shui)、湖水(shui)、水(shui)庫水(shui)以及海水(shui)作(zuo)為熱(re)泵冷熱(re)源。

4.直(zhi)接(jie)膨脹式(shi)

它不象上述系(xi)統那樣(yang)采(cai)用中間介質水來傳遞熱(re)(re)量(liang)，而是(shi)直接(jie)將熱(re)(re)泵的蒸發(fa)器直接(jie)埋入地下(xia)進(jin)行(xing)換熱(re)(re)，即制冷劑(ji)直接(jie)進(jin)入地下(xia)回路進(jin)行(xing)換熱(re)(re)，由于取(qu)消了板式(shi)或者套管式(shi)式(shi)換熱(re)(re)器，換熱(re)(re)效(xiao)率有(you)所提高，但是(shi)由于制冷劑(ji)使用量(liang)比(bi)較大，整體(ti)經(jing)濟性和安(an)全(quan)性不高。

二(er)、地(di)源熱泵應用方式

地源熱泵的應用方式從應用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類。

1.家(jia)用系(xi)統

用(yong)戶使用(yong)自己的(de)熱泵、地源和水路或風管輸送系(xi)統進(jin)行冷熱供應，多用(yong)于小型住(zhu)宅，別(bie)墅等戶式空調。

2.商用系統

從輸送冷熱量方式(shi)可(ke)分(fen)為集中系統、分(fen)散系統和混合系統。

1）集中系統

 熱(re)泵布置在機房內，冷熱(re)量集中通過風道或(huo)水路分(fen)配系統送到各房間。

2）分散系統

用(yong)中央(yang)水(shui)泵，采用(yong)水(shui)環路方式將(jiang)水(shui)送(song)到(dao)各用(yong)戶作(zuo)為冷熱(re)源(yuan)，用(yong)戶單獨使(shi)用(yong)自(zi)己的(de)熱(re)泵機組調節空氣。一般用(yong)于辦公樓、學校、商用(yong)建(jian)筑等(deng)，此(ci)系(xi)統可(ke)將(jiang)用(yong)戶使(shi)用(yong)的(de)冷熱(re)量完全(quan)反映(ying)在用(yong)電(dian)上。便于計量，適(shi)用(yong)于目(mu)前的(de)獨立熱(re)計量要(yao)求。

3）混合(he)系統

將地源(yuan)(yuan)和冷(leng)卻塔(ta)(ta)或(huo)加(jia)熱(re)鍋爐聯合使用作為冷(leng)熱(re)源(yuan)(yuan)的系統，混合系統與(yu)分(fen)散(san)系統非(fei)常類似，只是(shi)冷(leng)熱(re)源(yuan)(yuan)系統增加(jia)了冷(leng)卻塔(ta)(ta)或(huo)鍋爐。

南方地(di)區，冷負荷(he)(he)大(da)(da)，熱負荷(he)(he)低，夏季(ji)適合聯合使用(yong)地(di)源(yuan)和(he)(he)冷卻塔，冬(dong)(dong)季(ji)只使用(yong)地(di)源(yuan)。北方地(di)區，熱負荷(he)(he)大(da)(da)，冷負荷(he)(he)低，冬(dong)(dong)季(ji)適合聯合使用(yong)地(di)源(yuan)和(he)(he)鍋爐，夏季(ji)只使用(yong)地(di)源(yuan)。這樣可減少(shao)地(di)源(yuan)的容量(liang)和(he)(he)尺寸，節省投資。

分(fen)散(san)系統或混合系統實質上是一種水環路熱(re)泵空調系統形(xing)式。

4）水環路熱泵空(kong)調系統(tong)

它由許多臺水(shui)(shui)源(yuan)熱(re)(re)泵空(kong)調(diao)機組(zu)成。這些機組(zu)由一個閉式的循(xun)環水(shui)(shui)管(guan)路(lu)連在一起，該水(shui)(shui)管(guan)路(lu)既作(zuo)空(kong)調(diao)工(gong)況下(xia)的冷(leng)源(yuan)，又作(zuo)供暖(nuan)工(gong)況下(xia)熱(re)(re)泵熱(re)(re)源(yuan)。水(shui)(shui)環路(lu)的冷(leng)熱(re)(re)源(yuan)可(ke)以是地源(yuan)，或鍋爐、冷(leng)卻塔聯合方(fang)式。

夏季運行：全部或(huo)大(da)多(duo)數機組為供(gong)冷(leng)，熱量由水環路排至室(shi)外的冷(leng)源(yuan)，如地源(yuan)或(huo)冷(leng)卻塔。

春季/秋季運行：對有內區與周邊區的建筑物，會出現內區需要供冷而周邊區需要供熱，內區的熱量就可被周邊區所利用，即內區空調的排熱與周邊區熱泵供熱所需熱量接近平衡時，室外的冷熱源可以停運。這種制冷供熱同時進行，能量在建筑物內部轉移，運行費用最(zui)少，節能效果明(ming)顯(xian)。

三、地源熱泵機組(zu)供冷、供暖(nuan)運行原理

下圖(tu)是地源熱泵機組供(gong)冷、供(gong)暖運行原(yuan)理圖(tu)。

夏季：冷凝器一側：（如前地源熱泵空調系統運行原理所講(jiang)）將(jiang)從(cong)深(shen)井(jing)取出的低(di)(di)(di)溫(wen)水(shui)(shui)，或(huo)者是與深(shen)井(jing)低(di)(di)(di)溫(wen)水(shui)(shui)（土壤中(zhong)(zhong)的含水(shui)(shui)層）換熱(re)后的冷(leng)(leng)(leng)水(shui)(shui)直接通過(guo)(guo)水(shui)(shui)泵送入冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器，如下圖從(cong)進(jin)(jin)水(shui)(shui)口1進(jin)(jin)入，低(di)(di)(di)溫(wen)水(shui)(shui)在冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器中(zhong)(zhong)與高溫(wen)高壓的氟里昂(ang)進(jin)(jin)行熱(re)交換，把氟里昂(ang)的熱(re)量帶走，降低(di)(di)(di)氟里昂(ang)的溫(wen)度。得到熱(re)量后溫(wen)度升高的水(shui)(shui)源(yuan)從(cong)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器出水(shui)(shui)口1出來回(hui)灌至地(di)下（或(huo)者再次與地(di)下水(shui)(shui)換熱(re)，得到低(di)(di)(di)溫(wen)冷(leng)(leng)(leng)水(shui)(shui)）。完成(cheng)一次冷(leng)(leng)(leng)卻過(guo)(guo)程(cheng)/循環(huan)。

蒸發器一側：用戶端循環水(shui)進(jin)入(ru)蒸發器，如圖(tu)從進(jin)水(shui)口2進(jin)入(ru)，蒸發器中氟里(li)昂蒸發吸熱，帶走水(shui)中的熱量，使循環水(shui)溫度降(jiang)低（按(an)國家(jia)標準一般降(jiang)至7℃），冷(leng)凍水(shui)經過(guo)水(shui)泵做功(gong)送至用戶端，達(da)到制(zhi)冷(leng)的效果。

冬季：冷凝(ning)器(qi)(qi)一側：通過(guo)(guo)外管路切換，用戶端(duan)循環(huan)水進入冷凝(ning)器(qi)(qi)，如圖從進水口1進入，低(di)溫水（約40℃左(zuo)右）在冷凝(ning)器(qi)(qi)中與高(gao)溫高(gao)壓的氟(fu)(fu)里昂(ang)(ang)進行熱(re)交(jiao)換，把氟(fu)(fu)里昂(ang)(ang)的熱(re)量(liang)帶走，降低(di)氟(fu)(fu)里昂(ang)(ang)的溫度。得到熱(re)量(liang)后用戶端(duan)管路水溫度升高(gao)，熱(re)水（一般在40-60℃之間(jian)）再經過(guo)(guo)水泵做功送至用戶端(duan)，給建筑物供(gong)暖。

蒸(zheng)發器一(yi)側：將(jiang)從深井取出的(de)低(di)溫(wen)水(shui)(shui)(shui)(shui)，或者(zhe)是與(yu)深井低(di)溫(wen)水(shui)(shui)(shui)(shui)換熱(re)后(hou)的(de)冷水(shui)(shui)(shui)(shui)直接(jie)通過(guo)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)送(song)入蒸(zheng)發器，如圖(tu)從進水(shui)(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)2進入，蒸(zheng)發器中氟里昂蒸(zheng)發吸熱(re)，帶(dai)走水(shui)(shui)(shui)(shui)中的(de)熱(re)量，使井水(shui)(shui)(shui)(shui)溫(wen)度(du)降(jiang)低(di)（一(yi)般可以降(jiang)至7℃），然后(hou)從出水(shui)(shui)(shui)(shui)口(kou)(kou)2出來回灌(guan)至地(di)下(xia)（或者(zhe)再次與(yu)地(di)下(xia)水(shui)(shui)(shui)(shui)換熱(re)，得到較高溫(wen)度(du)的(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)源）。完成一(yi)次取熱(re)過(guo)程/循(xun)環。