5：A 1地源热泵的分类根据ASHRAE的规定地源热泵可分为土壤耦合式热泵、地下水源热泵和地表水热泵。地表水热泵是利用地表水作为热源或冷源。它的优点是初投资成本低，而不足则是温度随气候变化而变化，尤其是当室外温度为极端温度时，此时负荷增加，而热泵的制热量或制冷量却急剧减少，因此这种情况下热泵无法满足要求，而且其应用也受到了限制。地下水的温度常年比较恒定，但是地下水抽取容易回灌难；而且在回灌过程中，地下水容易受到污染。在我国目前严重缺水的情况下，地下水源热泵（GWHP）的应用受到了一定的限制，但地源热泵的应用几乎是不受限制。深层土壤在大约10m以下其温度保持恒定，接近当地大气年平均温度。因此，地下土壤可作为空调热泵优良的冷热源。近年来，地源热泵（GCHP）在我国已经得到了迅速的发展。

　　2地源热泵的原理以土壤为热源或冷源的地源热泵是由一组水平或竖直埋于地下的高强度塑料管（也称地热换热器）和热泵机组构成，水或防冻剂溶液通过管路进行循环（该系统也称为闭式环路）。夏季循环液将室内热量释放给地下岩土层，同时蓄存热量以备冬用，冬季将岩土层的热量提取出来释放给室内空气，整个大地作为一个蓄热体。在地表一定深度以下，岩土的温度基本恒定，它不受大气环境温度的影响，因此这种地源热泵系统的效率比空气源热泵的效率要高，又不受地下水资源的限制，在欧、美等国得到了广泛的应用。

　　地源热泵根据其地热换热器埋管方式的不同可分为水平埋管地源热泵和竖直埋管地源热泵。水平埋管换热器通常设置在深1. 0~2.0m的地沟内，它的寿命较长，初投资也低，但需要较大的场地，它的性能也受到地表大气温度的影响。竖直埋管的地热换热器的埋深大约在30~150m，由于地下土壤的温度比较恒定，因此机组的效率也比水平埋管的高，且占地面积小，是目前应用最广的一种地源热泵，但它的投资要比水平式高。目前应用最为广泛的竖直埋管方式是单U型管，本文主要以竖直埋管的地源热泵作为研究对象。

　　3热泵机组设计存在的问题地源热泵在我国的应用刚刚起步，大多数地源热泵机组采用水-水热泵机组。目前国家也没有统一的地源热泵制造标准，也没有相应的检测制度，因此产品规格型号多种多样，而且各个厂家标定的名义工况的性能参数也各不相同，因而难以评价。近几年水-水热泵的生产厂家正在迅速增加，大概近百家，但产品的质量和性能却令人担忧。存在的主要问题有以下几个方面：厂家技术力量薄弱，只根据购买的压缩机和换热器的铭牌参数进行简单的组装，也没有机组性能检测实验台，结果导致实际性能达不到样本参数。另外由于选购的压缩机的产地不同（来自不同的国家）各个国家规定的名义工况也不相同，因此即使标明的制冷量完全相同，其在实际运行工况时的制冷量往往相差很大。

　　有些厂家将用于地下水源热泵的热泵机组同用于地下埋管的热泵机组混淆，样本上标注的性能均是以地下水的参数为标准计算的，因此导致产品的实际性能与样本标注的性能相差较大。通过实验测试发现，有些产品的实际性能还达不到样本的50%.有的热泵机组只根据夏季名义工况来配置压缩机和换热器，结果在冬季制热时，制热性能参数达不到要求。

　　有些产品只有名义工况的性能参数，而无其它工况的性能参数图或参数表，这给设计人员的选型带来了一定的难度。

　　4地源热泵机组压缩机的选配地源热泵机组设计的主要内容是压缩机的选择和换热器及膨胀阀的匹配，其中压缩机的选择是关键。用于热泵机组的压缩机的原理与普通的制冷压缩机基本相同，只是它们各自的工作温度的范围不同。

　　热泵系统主要是从低温热源吸热并向高温热源放热，因此热泵用压缩机的蒸发温度必定要低于低温热源的温度；冷凝温度必定要高于高温热系统和热泵中，但必须根据各自的运行工况进行设计，若压缩机的工作条件不超过制冷压缩机规定的工作条件，则可以直接采用一般的制冷压缩机。对于地源热泵用的压缩机，当工作在寒冷地区时，地下土壤的温度较低，蒸发温度也较低；而冬季供热时要求其供水温度至少在45此其至少要能在蒸发温度一15°C，冷凝温度55°C的温度范围内正常工作。由此可见，地源热泵用压缩机的工作范围远大于单纯用于制冷的压缩机。另一方面，热泵用压缩机往往严冬酷暑都要用，每年累计的运行时间长，工况变化范围大，因此对它的可靠性要求高，使用寿命要长。

　　41热泵用压缩机的名义工况压缩机的实际性能与它的运行工况有关，即与实际的蒸发温度和冷凝温度有关。对地源热泵机组，由于机组的实际运行工况与名义工况相差较大，而且热泵机组冬、夏季运行工况也相差较大，如何选配压缩机才能保证冬、夏季均满足设计要求，这正是我们目前急需解决的问题。为此我们编制了计算机模拟软件，对地源热泵机组的性能进行动态仿真针对不同的运行工况，合理的选配压缩机。

　　目前热泵机组所用的压缩机多为容积式，其中全封闭活塞式和半封闭螺杆式应用最广。美国空调制冷协会（ARI）规定的用于热泵压缩机的标准额定工况见表1建议，夏季地热换热器的设计出口温度一般为土壤温度加上11 ~14°C，冬季的设计出口温度为土壤温度减去8~11C421机组夏季运行工况确定机组的设计工况即确定制冷剂的蒸发温度和冷凝温度。夏季蒸发温度主要与空调冷冻水的进9出水温度有关冷醚主蕃与地热换热器的出口温度及运行时间有关。目前空调工程中，夏季冷冻水设计供水温度一般为7C因此可确定蒸发温度为0C以济南地区土壤温度15C为例，根据，夏季冷凝温度可设定为40C计算实际运行工况冷凝温度。

　　2000年为了研究垂直埋管的地源热泵系统的实际性能，我们建立了一套地下埋管的地源热泵空调系统为学院的图书馆和学生自习室供冷供热。由于国内无合适的地源热泵机组，由企业赠送了一台水-水热泵机组。该机组采用两台全封闭活塞式压缩机，冷凝器和蒸发器均采用套管式换热器，机组名义工况制冷量为130kW，制热量为137kW.地热换热器的总埋深为1550m，机组冷热工况转换采用外转换方出口温度（°c）蒸发温度（°C）吸气过热度（°C）冷凝温度（°C）液体温度（°C）制冷量或吸热量（W）放热量或制热量（W）电机输入功率（kWO机组性能系数际的运行工况作为设计工况来选配压缩机。在我国的南方地区，一般以冷负荷为主，在选配压缩机时，应以夏季运行工况作为设计工况。在冷、热负荷相差不大的地区，应以冬、夏季的最不利工况作为设计工况来匹配压缩机，在热负荷较大，且热负荷为主的地区（如我国的东北地区）压缩机的选择应以冬季工况作为设计工况。