地热热泵系统的原理和组成

由此我们可以得到地热的一个基本定义：“属于、关于或由地球热量引起的。”地热热泵系统是利用这种热量的一种方式。地热热泵也被称为地源热泵或地能系统（ESS），它使用一套设备和管道系统，在冬季将热量从地球传输到被占用空间，在夏季将热量从被占用空间传输到地球。

什么是热泵?热量自然地从较热的物质流向较冷的物质。例如，如果你有满满一杯冰，把它放在桌子上，如果室温超过32华氏度，冰就会融化。实际发生的是房间里的热量流向杯子里的冰，提高了它的温度。如果不受干扰，冰和房间都会找到平衡。

而热泵则将其逆转，使热量从较低的温度流向较高的温度。地热热泵的作用就像空气对空气热泵一样，但因为温差要缓和得多，运行系统所需的能量就少得多。来自地球的热量也可以用来将生活用水加热到125度。在冬季，地热泵系统通过一种液体，如地下水、防冻剂或制冷剂，将热量从土壤中移走。然后这些热量通过热泵转移到室内空气中。在夏季，这个过程是相反的;热量从室内空气中提取，通过地下水或防冻剂转移到土壤中。直接膨胀(DX)系统在地热交换中使用制冷剂，而不是防冻液。

地热热泵系统可用于强制空气和循环加热系统。他们也可以设计和安装只提供加热，加热与“被动”冷却，或加热与“主动”冷却。仅供暖系统不提供冷却。被动冷却系统通过泵送冷却水或防冻剂来提供冷却，而不使用热泵来辅助这个过程。主动冷却系统使用热泵。

在夏季(冷却模式)，热量从空间内部(本例为70度)被拒绝到地球，地球的温度是恒定的55度。在这种情况下，不需要热泵将热量从较冷的地区转移到较热的地区，而是有一个从较热的70度到较冷的55度的自然流动。正常情况下，这个过程不需要热泵的帮助。然后，在冬季(采暖模式)，必须从恒定的55度的地球上提取热量，并排放到保持在70度的空间。由于55度远高于热泵的45度限制，人们可以很容易地看到节省。不像空气源热泵，这是普遍发现在许多家庭今天，带状电加热是不需要的。

使用空气源热泵，在夏季(冷却模式)，热量从空间内部排出，本例为70度，外部环境空气温度为95度。这种热量从较冷的物质向较热的物质的排斥需要一个热泵来逆转热量的自然流动。在冬季(采暖模式)，热量从外界温度为0度的环境空气中移出，输送到保持在70度的内部空间。因为这也会逆转热量的自然流动，所以需要一个热泵。不幸的是，由于室内温度和室外温度的差异如此之大，单靠热泵无法完成这项任务。因此，需要提供备用热，通常是以电带材热的形式。当外部空气温度低于45度时，就会通过电线将电条加热。另一种看待这一点的方式是说，如果外界空气温度低于45度，空气源热泵是没有效率的。由于这个原因，空气源热泵通常不推荐在美国北部和加拿大寒冷的气候中使用。虽然电力公司可能提供回扣安装空气源热泵，这可能是唯一的节省你作为业主将招致。

人们很容易明白为什么地热如此吸引人，以及节能的来源。此外，因为外面没有设备，维修可以很容易地安排全年。另一个节省是设备不再暴露在冬季和夏季的极端环境中。

地热热泵系统有室内组件和室外热交换器。热交换器将是两种类型之一:闭环系统或开环系统。在一个闭环系统中，所有离开建筑经过热交换器的流体在完成循环后都会被送回建筑。在开环系统中，水从一个或多个井中抽出，送到建筑物中交换热量。然后，它被泵回，并在最初被泵出的同一水体中排出。直井井场可用于开环系统。在闭环系统中，有三种不同的热交换器回路方向，所有方向都被掩埋。

闭环水平地面热交换器平均埋深为5 ' -0 "至8 ' -0 "。在这个深度，地球的温度几乎是一致的55度，不受气候和天气条件的影响。外部管道是水平安装的，需要很长的时间来交换所需的热量。一旦换热器埋在地下，水或其他制冷剂就会在回路中循环。限制用于容纳热交换器的水平沟槽长度的方法之一是使用类似于“弹簧”的产品。它们的发明是为了在有限的空间内埋设数英里长的管道。另一种热交换器可以埋在附近的池塘或湖泊里。同样，“slinsky”风格的管道可以用来最小化必须埋在地下的管道的长度。因为管道有浮力且充满空气，所以首先要将管道填满，然后用混凝土块将热交换器沉到池塘或湖泊的底部。



钻孔热交换器（BHE），也称为井下热交换器（DHE），用于陆地面积有限的地方。例如，它们可以位于停车场下方，甚至位于建筑物本身下方。在这种类型的系统中，垂直孔以一种模式钻入地下。然后，将管道回路插入钻孔中，并通过顶部的歧管连接。读者希望避免将钻孔定位在建筑物下方，因为维修设备很困难。尽管钻孔换热器的预期寿命为50至75年，但没有人知道需要什么样的服务，因为系统在任何地方都没有安装这么长的时间。钻孔换热器也可用于开环系统。

地热热泵系统的成本约为每吨2500美元。例如，如果一个典型的家庭使用一个三吨的单元，那么地热热泵的成本大约为7500美元，几乎是典型热泵系统的两倍。根据系统类型，还必须考虑钻井、挖沟和安装井环、集管或管道的成本。根据地形和土壤成分的不同，平均而言，钻井成本从10000美元到30000美元不等。但是一个高效的地热系统可以节省足够的水电费，投资可以在五到十年内收回。

地热热泵系统几乎不需要维护，因为与冷凝装置位于室外的普通热泵系统相比，地热热泵系统相对耐用。与其他系统相比，它们的机械部件更少，而且这些部件大多位于地下或室内，以防天气影响。该系统中使用的地下管道通常保证使用25至50年或更长时间，并且几乎无需担心。内部组件体积小，易于维护。与常规强制通风系统一样，冷暖空气通过管道系统分配到房间。此外，由于没有像空调系统或普通热泵那样的外部冷凝装置，地热系统要安静得多。