地源热泵的分类及其各自特点

地源热泵的分类及其各自特点

美国制冷与空调学会（ARI）根据地下换热介质的不同分为三类：一是与地表水换热的水

源热泵(water-source

heat

pumps)；二是与地下水换热的地下水源热泵

(ground

water-source

heat

pumps)；三是与土壤换热的地下耦合热泵

(ground-coupled

heat

pump，ground

sourceclosed-loop

heat

pumps，也叫土壤源热泵、闭

环水源热泵)。

1．土壤源热泵

土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤

源热泵系统主机通常采用水—水或热泵机组或水—气热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，

主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。

垂直埋管换热器通常采用的是

U型方式，按其埋管深度可分为浅层（

和深层（>100m）三种。埋管深，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻

孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。总的来说，垂直埋管换热器热泵系统优势在于：

（1）占地面积小；（2）土壤的温度和热特性变化小；（3）需要的管材最少，泵耗能低；（4）

能效比很高。而劣势主要在于：由于相应的施工设备和施工人员的缺乏，造价偏高。

水平埋管换热器有单管和多管两种形式。其中单管水平换热器占地面积最大，虽然多管水

平埋管换热器占地面积有所减少，但管长应相应增加来补偿相邻管间的热干扰。水平埋管换热器

热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工人员易找，又加上许多家庭有足够大的施工场地，因此

造价就可以减下来。除需要较大场地外，水平埋管换热器系统的劣势还在于：运行性能上不稳定

（由于浅层大地的温度和热特性随着季节、降雨以及埋深而变化）；泵耗能较高；系统效率降低。

蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换

热器

20%～30%,但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所以有的文献

将其归入水平埋管换热器。

下耦合热泵

(ground-coupled

heat

pump，ground

sourceclosed-loop

heat

pumpsARI闭环

水源热泵

(

ground

source

closed-loop

heat

pumpsARI330

)标准

名称

ARI分类

制冷与供热制冷供热

制冷时的分布

统

整体式系

HSP-GS

HOSP-GS

HOSP-GS

风扇

机

蒸发

压缩

冷凝

器器

统

分体式系

HRCU-GS-CB

HORCU-GS-CB

HORCU-GS-CB

风扇

机

蒸发

压缩

冷凝

器器

压缩

分体式系

统室内无风扇

HRCU-GS-C

HORCU-GS-C

HORCU-GS-C

机

蒸发冷凝

器器

标准等级工况

a.制冷（不宜用于仅供热的机组）：

室内单元空气温度：干球温度

26.7

℃，湿球温度

19.4

℃

环境空气温度：干球温度

26.7

℃

换热器进口流体温度：

21.1

℃

流体流量：由制造商确定（该流量应用于所有测试工况）

b.供热（不宜用于仅制冷的机组）

室内单元机组空气温度：干球温度

21.1

℃，湿球温度

15.6

℃（最大值）

环境空气温度：干球温度

21.1

℃

换热器进口流体温度：

0

℃

流体流量：由标准等级制冷工况测试确定

2.地下水热泵系统

在土壤源热泵得到发展以前，欧美国家最常用的地源热泵系统是地下水热泵系统。目前在

民用中已经很少使用，主要应用在商业建筑中。最常用的系统形式是采用水—水式板式换热器，

一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。早期的地下水系统采用的是单井系统，即将地下水经过

板式换热器后直接排放。这样做，一则浪费地下水资源，二则容易造成地层塌陷，引起地质灾害。

于是产生了双井系统，一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵系统的优势是造价要比土壤源热泵

系统低，另外水井很紧凑，不占什么场地，技术也相对比较成熟，水井承包商也容易找。其劣势

就在于：1.有些地方法规禁止抽取或回灌地下水；2.可供的地下水有限；3.如水质不好或打井不

合格要注意水处理；4.如泵选择过大、控制不良或水井与建筑偏远，泵耗能就会过大。

3．地表水热泵系统

地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路

系统。总的来说，地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行费用少等优

点。但是，在公共用的河中，管道或水中的其他设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，

湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，这就会产生效率降低，制冷或供热能力降低的后果。

地下水源热泵

(

ground

water-source

heat

pumps)

ARI地下水源热泵

(ground

w

ater-source

heat

pumpsARI325

)标准

名称

ARI分类制冷时的分布

制冷与供热供热

整体式系统

HSP-GWHOSP-GW风扇压缩机

蒸发器冷凝器

分体式系统

HRCU-GW-CBHORCU-GW-CB风扇压缩机

蒸发器冷凝器

分体式系统室内无风扇

HRCU-GW-CHORCU-GW-C压缩机

蒸发器冷凝器

标准等级工况

a.制冷（高温，不宜用于仅供热的机组）：

室内单元空气温度：干球温度

26.7

℃，湿球温度

19.4

℃

环境空气温度：干球温度

26.7

℃

换热器进口水温：

21.1

℃

水流量：由制造商确定

b.制冷（低温，不宜用于仅供热的机组）：

室内单元空气温度：干球温度

26.7

℃，湿球温度

19.4

℃

环境空气温度：干球温度

26.7

℃

换热器进口水温：

10

℃

水流量：由制造商确定

c.供热（高温）

室内单元空气温度：干球温度

21.1

℃，

湿球温度

15.6

℃（最大值）

环境空气温度：干球温度

21.1

℃

换热器进口水温：

21.1

℃

水流量：由制造商确定

d.供热（低温）

室内单元空气温度：干球温度

21.1

℃，

湿球温度

15.6

℃（最大值）

环境空气温度：干球温度

21.1

℃

换热器进口水温：

10

℃

水流量：由制造商确定