研发经济型地源热泵系统的关键技术问题
一、建筑节能的基本原则
“温度对口，梯级利用” 能量合理利用的基本原则 ——吴仲华提出
建筑能源的合理利用
温度对口，梯级利用
我国著名能源科学家吴仲华教授上世纪八十年代初向中央领导讲解能源问题时提出
因地制宜，多能互补
大规模利用自然能源
建筑用能的特点（供暖空调）
低品位能源（Low Grade Energy）
狭窄的温度范围（Narrow Temperature Range）
冷冻水温度：5～12℃
供热热水温度：45～95℃
地板供暖温度：40℃以下
与自然能源温度接近（Close to Temperature of Natural Energy Resources）
北京地温全年约14℃左右
污水温度处理后16℃（冬季）
自然能源的特点
自然能源温度范围与建筑能源相似，属低品位能源
土壤：13～18℃（北京）
空气：－20～40℃
江河湖水：夏季28～35℃；冬季3～5℃
海水：我国四大海域50～100m范围内全年维持在20℃左右
城市污水：13～17℃
自然能源遍布全国各地，含量巨大
自然能源利用不会对环境造成污染
自然能源利用的途径：热泵技术
“温度对口”
所谓“温度对口”就是指建筑空调供暖用能所需的温度，是与自然能源即低品位的可再生能源的温度相当接近、彼此对口
自然能源的来源可包括：土壤、地下水、地表水（湖泊、河流等）、海水、污水及空气
建筑能耗中有50-60%为低品位能源，应大规模使用自然能源
“梯级利用”
通过对供能系统的全过程火用分析可知，化石燃料燃烧后所产生的高温，远远高出建筑空调供暖用能所需求的温度，直接应用火用损极大。应当先用温度高的能源来发电，然后再用剩下的低温中温能源来满足低品位能源的需求
化石燃料使用应尽量采用热电联供的方式
建筑用能的原则
尽量使用低品位的自然能源向建筑物供暖空调，做到“温度对口”
尽量使用可再生的自然能源向建筑物供能，减少不可再生的化石燃料消耗
高品位的能源尽量先发电后供暖空调，做到“梯级利用”
二、热泵的主要形式
基本原理
热泵是通过逆向热力循环（制冷循环）使热量热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置
热泵和制冷机是同一装置的两种称谓
二者的应用目的不同
二者的工作温度区间不同
二者对部件和工质的要求不同
热泵原理图
热泵分类1
按热量来源不同：
气源热泵
水源热泵
地源热泵（土壤源）
海水、污水水源热泵
废热源热泵
太阳能热泵
燃气热泵
热泵分类2
按工作原理不同：
机械压缩式热泵
蒸气压缩式
气体压缩式（逆布雷顿热泵、逆斯特林热泵）
热力压缩式热泵
蒸气喷射式
吸收式
吸附式
常用制冷剂
R22（二氟一氯甲烷，CHClF2），目前国内使用最多，逐渐被禁止使用
R717（氨，NH3），绿色制冷剂
R134a（四氟乙烷，CH2FCF3），过渡制冷剂
R410A（R32(CH2F2)和R125(CHF2CF3)配置的共沸混合物），替代制冷剂
R407C（R32、R125和R134a配置的非共沸混合物），替代制冷剂
H2O，绿色制冷剂
CO2，绿色制冷剂
空气源热泵技术
空气源热泵优缺点
优势：
供热效率高于燃烧式锅炉
便于用户独立调节和计量
系统简单，应用方便
劣势：
出力不稳定
低温时期需要辅助热源
水源热泵技术
浅层地下水（水源热泵）
地表水（水源热泵）
土壤源热泵技术
土壤源热泵分类
土壤源耦合热泵（Ground Coupled Heat Pump，GCHP）或（Geothermal Heat Pump，GHP）
按地下换热介质不同：
埋管式（PE管）
直膨式
土壤源热泵系统的埋管方式
水平式
垂直式
螺旋式
桩埋管式
土壤源热泵系统的关键技术
地下换热器的结构形式及换热效率
地下换热器与热泵机组的匹配
地下换热器的施工安装技术
U型管换热器的制作、测试打压、打井、埋管和回填
土壤源与其他热源综合应用
土壤源热泵长期运行对地下热环境的影响
海水源热泵技术
污水源热泵
污水清洁技术
污水热交换器的设计技术
污水热交换器防腐与污垢处理技术
北京工业大学的热泵技术进展
热泵机组的开发
地下换热系统的强化传热与优化
地源热泵系统的设计与施工
示范工程
典型示范：北京工业大学综合楼
单压缩机热泵机组
紧凑型双压缩机热泵机组
四、经济型热泵的可能途径
农村地区的建筑能耗特点
总体趋势：商品能源消耗量逐渐增大，农村建筑能耗增长潜力巨大，相应的居住成本上升
建筑模式：地区（行政村）建筑规模小，且较为分散；单体建筑面积小，且周边的空间较大，为可再生能源的利用提供了非常有利的条件
建筑能耗：能耗低，且主要为供暖能耗
应向农村地区提供高效、节能、环保的供能技术，热泵技术应是主要选择！
经济型热泵系统的节能途径
提高建筑物的保温隔热性能，以降低热泵系统的容量，减少成本
合理规划设计热泵系统，使系统效率提高
因地制宜，采用不同形式的地埋管换热器系统，并采用强化换热技术提高其性能
开发适合农村市场的更为高效、经济的热泵机组，主要的技术途径为：
使用更为高效、经济的压缩机
使用更为高效、经济的换热器
三、压缩机
压缩机技术
压缩机是热泵的核心部件
压缩机分类
容积式：
往复式：活塞式
回转式：涡旋式，螺杆式，滚动转子式
动力式：
离心式压缩机
热泵用压缩机基本情况
大中型热泵机组主要采用螺杆压缩机，包括双螺杆和单螺杆
小型热泵机组，尤其是户型热泵机组多采用涡旋式压缩机，价格较高
例如：3匹涡旋压缩机需要1500-2000元人民币
单螺杆技术是容积式压缩机中最先进、最高端的技术
寿命最长（是双螺杆的2倍）
压比高（单级：12.5以上）
容积效率最高（容积效率比双螺杆高4%）
部分负荷下效率较高
维护费用最低（是双螺杆的1/2)
结构最简单
噪音最低（比双螺杆低10分贝）
能够实现无油润滑
单螺杆同双螺杆的比较
四、换热器
热泵用换热器基本情况
换热器是热泵机组成本构成中最大的一块，超过50%
大中型热泵机组主要采用管壳式换热器
小型热泵机组，尤其是户型热泵机组多采用板式换热器，价格较高
七、膨胀阀
膨胀阀的类型
电子膨胀阀
热力膨胀阀
毛细管膨胀阀
