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:“地热的，与地热有关的，或由地热引起的。”地热热泵系统是利用地热的一种方式。也称为地面(可能是地球或地下水)源热泵或地球能系统(ESS)、地热热泵系统使用的设备和管道将热量从地球到一个被占领的空间在冬天和夏天从一个被占领的空间地球。

什么是热泵?热自然地从较热的物质流向较冷的物质。例如，如果你有一个装满冰的杯子，把它放在桌子上，如果室温高于32华氏度，冰就会融化。实际发生的是房间里的热量流向玻璃里的冰，提高了它的温度。如果不加干涉，冰和房间都会达到平衡。

热泵则相反，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的热泵一样，但由于温差要缓和得多，操作系统所需的能量要少得多。来自地球的热量也可以用来把生活用水加热到125度。在冬季，地热热泵系统通过液体，如地下水、防冻液或制冷剂，从地球上带走热量。这些热量通过热泵输送到室内空气中。在夏季，这一过程反过来;热量从室内空气中提取出来，通过地下水或防冻剂输送到地面。直接膨胀(DX)系统在地热交换中使用制冷剂，而不是防冻液。

地源热泵系统可用于在两个强制空气和液体循环加热系统。它们也可以被设计并安装成仅提供加热，用“无源”冷却，加热或用“活性”冷却加热。仅加热系统不提供冷却。被动冷却系统提供由通过该系统不使用热泵，以协助处理泵送冷却水或防冻液进行冷却。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)散发到地球，而地球的恒定温度为55度。在这种情况下，不需要热泵迫使热量从冷却器到较热的地区，而是有一个自然流动的热量从较热的70度到较冷的55度。通常，这个过程不需要热泵的辅助。然后，在冬季(加热模式)，热量必须从恒定的55度的地球中提取出来，并排放到保持在70度的空间中。由于55度远远高于热泵的45度限制，人们可以很容易地看到节省。与空气源热泵不同的是，现在很多家庭都普遍使用空气源热泵，不需要带电加热。

有了空气源热泵后，在夏季(冷却模式)，热量从室内(本例为70度)排出到室外环境空气温度为95度。这种从较冷的物质到较热的物质的热量的排出需要一个热泵来逆转热量的自然流动。在冬季(加热模式)，热量从外界环境温度为0度的空气中转移到保持在70度的室内空间。因为这也逆转了热量的自然流动，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一任务。因此，需要提供备份热，通常以电带钢热的形式提供。只要外面的气温降到45度以下，电热带就会通电。从另一个角度来看，如果室外温度低于45度，空气源热泵就没有效率。因此，空气源热泵通常不推荐用于美国北部和加拿大的寒冷气候。虽然电力公司可能会为安装空气源热泵提供折扣，但这可能是你作为房主所能节省的唯一费用。

人们可以很容易看到为什么地热是太迷人了，在节约能源的来源。同时，由于没有装备外，维修可以很容易地安排全年。另一个储蓄是该设备不再暴露在冬季和夏季的极端。

地源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一：一个闭环系统或开环系统。在闭环系统中，所有的液体留下的建筑要经过换热器将交付回建筑完成其循环后。在开环系统中，水被泵出井或井，并送入建设交换了热量。然后，抽回并在其中它最初抽水出来的一样体内排出。垂直钻孔井场可用于开环系统。闭环系统中，有三种不同的热交换器循环的方向，所有这一切都埋。

闭环水平埋管换热器埋在5'-0” 的深度，以8'-0” 的平均水平。在这个深度的地球的温度几乎是一致的55度，不受气候和天气条件。外部配管安装在水平延伸，并且需要很长，以交换的热所需的量。一旦换热器被埋入，水或另一种制冷剂通过回路中循环。一的，以限制用于容纳热交换器的长度的水平沟槽的方法之一是使用一种产品类似于“苗条”。他们发明了埋管道英里在有限的空间。用换热器的另一种风格可以在附近的一个池塘或湖泊被埋没。同样，“苗条”风格管道可以被用于最小化管道的长度必须被掩埋。因为管道是有浮力和充满空气，它被首先填充，然后混凝土块用于热交换器沉到池塘或湖泊的底部。



井筒换热器(BHE)又称井下换热器(DHE)，主要用于土地面积有限的地区。例如，它们可以被放置在停车场下，甚至在建筑物的下面。在这种类型的系统中，垂直的孔按一定的模式被钻到地下。然后，管道回路被插入钻孔，并通过顶部的管汇连接。由于设备维修的困难，读者希望避免在建筑物下寻找钻孔。尽管钻孔热交换器的使用寿命在50到75年之间，但是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。钻孔热交换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，如果一个普通的家庭使用一个3吨的单元，那么地热热泵将花费大约7500美元，几乎是一个典型的热泵系统的两倍。根据系统类型的不同，您还必须考虑钻井、挖沟和安装井环、封头或管道的成本。根据地形和土壤成分的不同，钻井的平均成本从1万美元到3万美元不等。但是一个有效的地热系统可以节省大量的公用事业费用，在5到10年内就可以收回投资。

地热热泵系统几乎不需要维护，因为与冷凝机组在室外的普通热泵系统相比，它们相对耐用。与其他系统相比，它们的机械部件更少，而且这些部件大多在地下或室内，可以躲避天气。系统中使用的地下管道通常可以保证使用25到50年以上，而且几乎没有任何问题。内部的组件很小，易于维护。就像常规的强制空气系统一样，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。