
对于别墅、大宅以及对全年舒适度要求较高的住宅,空调、采暖和生活热水往往是三个长期存在的能源需求。
传统方案通常分别配置中央空调、燃气锅炉和生活热水设备,而地源热泵则提供了另一种思路: 利用地下土壤或水体相对稳定的温度条件,通过一套热泵系统同时服务夏季制冷、冬季采暖以及生活热水。
特灵AquaECO变频地源热泵正是这种系统化思路的典型应用。
地源热泵本质上仍然是一套蒸汽压缩式热泵系统。
与普通空气源热泵不同,它主要不是与室外空气换热,而是通过地下埋管、地下水或其他适用水源,与土壤或水体进行热交换。
由于一定深度的地下环境温度变化通常小于室外空气,地源热泵能够获得相对稳定的源侧换热条件。
特灵地源热泵采用水作为建筑内部的冷热输送介质。
夏季主机产生冷冻水,通过水管输送至风机盘管或空气处理机完成制冷;冬季主机切换到制热模式,产生低温热水进入地暖盘管。
地暖属于典型的低温热水采暖末端。
它利用较大的地面面积进行辐射和对流换热,因此不需要像传统高温散热器一样使用很高的供水温度。
而热泵通常在较低冷凝温度、较低供水温度下更容易获得较好的运行效率,因此热泵和低温地暖在系统特性上具有较好的匹配关系。
空气源热泵冬季需要从室外空气吸收热量,当室外温度较低且湿度较高时,室外换热器可能结霜,需要周期性进入除霜运行。
地源热泵则通过地下水或地埋管循环水与地下环境换热,因此不存在空气侧翅片盘管冬季结霜这一工况。
这也是地源热泵在冬季制热稳定性方面的重要特点之一。
地源热泵三合一系统的另一个价值,是可以把生活热水纳入整套能源系统。
根据机组结构和运行模式,可以实现单独制生活热水,也可以在制冷过程中利用热回收向生活热水水箱提供热量。
这种方式把原本需要排放到地下或其他换热侧的部分热量进行再利用,因此在存在持续制冷和生活热水需求时具有较高应用价值。
热泵在夏季制冷过程中,一边从室内吸收热量,一边需要把这些热量排放到源侧。
如果住宅此时又有生活热水需求,就可以把部分本来需要排出的冷凝热,通过热回收换热器用于加热生活热水。
因此所谓“热回收制热水”,本质上是在同一次制冷循环中同时利用冷量和热量。
住宅绝大多数时间并不是处于最大冷热负荷状态。
不同季节、不同时间以及不同房间开启数量变化后,建筑所需要的冷热量会持续变化。
AquaECO采用变频压缩机及相应变频控制,使主机能够根据系统实际需求调整输出能力。
如果同时配置变频循环泵,还可以根据开启末端和系统流量需求改变水泵转速。
传统水系统经常长期采用固定供水温度。
但建筑负荷较小时,并不一定需要非常低的冷冻水温或非常高的采暖水温。
因此现代热泵水系统可以根据室外温度、室内需求和部分负荷状态动态调整供水温度。
实际节能比例与项目负荷、设备选型、控制策略和运行时间有关,不应简单使用一个固定百分比概括所有项目。
地源热泵并不只是安装一台主机就可以运行,还需要完整的水力系统。
循环泵、膨胀系统、安全阀、排气、补水以及管路控制都会影响实际运行。
集成水力模块可以把部分水力组件集中在一个模块内部,使系统布置更加规整,也方便后期维护。
地源热泵工程远比普通分体空调复杂。
从系统角度看,至少需要同时考虑源侧、主机、水力系统、建筑末端和控制。
| 系统部分 | 主要作用 |
| 地源侧 | 与地下土壤或适用水源进行热交换 |
| 热泵主机 | 完成制冷、制热和热量转移 |
| 机房水力系统 | 负责循环水流量、压力及水力分配 |
| 室内末端 | 风机盘管、Air Handler、地暖等 |
| 生活热水系统 | 热回收、水箱及生活热水循环 |
| 控制系统 | 协调冷热、热水、水泵和不同末端 |
不是简单越深越好。
一定深度以后,土壤温度确实会比地表环境更加稳定,但地埋管设计还需要综合考虑当地地质条件、岩土导热性能、地下水情况、钻井施工条件以及整个项目的冷热负荷。
大型项目或条件复杂的项目,通常还需要结合岩土热响应测试进行设计。
地埋管区域不是无限大的冷热源。
如果建筑多年向地下排放的热量长期明显大于冬季从地下提取的热量,或者反过来,都可能导致地下温度逐年发生变化。
因此地源热泵设计不仅要看某一天的最大制冷或采暖负荷,还应该考虑全年累计冷热量。
对于冷热负荷明显不平衡的大型项目,可以进一步考虑混合式地源热泵系统。
地源热泵主机不需要像空气源热泵室外机一样依靠大量室外空气进行换热,因此可以集中布置在地下室或设备机房。
这对于别墅项目具有较明显的建筑设计优势。
不能简单下这样的结论。
地源热泵的主要优势,是源侧温度较稳定,因此在合适的地质条件和系统设计下,可以获得良好的全年运行效率。
但最终经济性需要同时考虑:
因此地源热泵更适合运行时间长、冷热需求较稳定,同时具备合适地下换热条件的建筑。
| 项目条件 | 适用性 |
| 独栋别墅 / 大宅 | 值得进行方案比较 |
| 有可利用庭院或地下施工条件 | 更适合地埋管系统 |
| 空调 + 地暖 + 热水需求较大 | 三合一系统价值较高 |
| 全年运行时间较长 | 更容易体现长期运行价值 |
| 仅偶尔使用空调 | 需要重点比较初投资回收价值 |
地埋管通常采用适合地下埋设的HDPE等管材。
由于管路埋设完成后后期维修困难,因此设计、焊接、回填和压力测试必须在施工阶段严格控制。
具体设计寿命和厂家质保年限,应以实际采用管材的技术资料和项目规范为准,不宜简单把所有地埋管统一写成固定50年。
规范施工的核心,是尽量避免地埋管系统成为未来无法维护的薄弱环节。
地源热泵不是单纯购买一台高效主机就能够获得高效系统。
如果地埋管设计不足、循环水泵选型过大、末端流量失衡或热回收逻辑不合理,都会影响最终运行效率。
地源热泵项目不能仅按照建筑面积简单选择设备。
御居环境会根据建筑冷热负荷、当地地质条件、场地面积、生活热水需求以及不同末端使用方式,判断地源热泵是否真正适合项目。
单独比较一台地源热泵和一台普通空调,并不能完全体现这种系统的价值。
对于具有中央空调、冬季采暖和大量生活热水需求的建筑,如果地下换热条件合适,就可以把原本独立的多个能源系统整合到同一个冷热源平台。