地源熱泵技術的應用分析與問題探討

杜尚巍　孫成偉

【摘 要】隨著地球不可再生能源儲存量的急劇下降，人們逐漸開始轉(zhuǎn)向研究可再生能源的利用方法，所謂可再生能源是指太陽能、風能、水能、地能等可以循環(huán)利用的自然資源?？稍偕茉吹睦镁褪侵覆黄茐募扔匈Y源，又能充分利用能源的新型能源技術。在新能源的利用中，地源熱泵技術是其中一項重要的技術成果。但由于一些技術性或非技術性因素的限制，使得地源熱泵技術并沒有得到大面積的推廣與應用。本文就通過闡述地源熱泵技術的相關概念和工作原理，分析了當前地源熱泵技術的應用現(xiàn)狀，并對制約其發(fā)展推廣的主要問題進行了探討。

【關鍵詞】地源熱泵；可再生能源；工作原理；應用推廣

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的進程中，我國的能源消耗量的增長速度也是非常驚人的，長期以來，人們對于能源的消耗并不重視，導致大量的能源資源被白白浪費掉。直到近年來能源短缺狀況加劇，才引起了人們對能源利用的普遍關注。地源熱泵技術是一種新型的能源利用技術，是利用豐富的地能來實現(xiàn)冬季取暖，夏季采涼的先進技術。由于地能具有清潔無污染、能源取之不竭等特點，因此，地源熱泵技術的開發(fā)和應用必將成為未來能源利用技術中的主要組成部分。

1.地源熱泵技術

1.1地源熱泵的工作原理

地源熱泵是通過埋地熱交換器從土壤吸熱或向土壤放熱。夏季空調(diào)時，室內(nèi)的余熱經(jīng)過熱泵轉(zhuǎn)移，并通過地埋換熱器釋放到土壤中，同時為冬季蓄存熱量；冬季供暖時，通過地埋換熱器從土壤中取熱，經(jīng)過熱泵將熱量供給用戶，同時，在土壤中蓄存冷量，以備夏季空調(diào)用。

1.2熱泵的節(jié)能和能效

熱泵的節(jié)能主要是體現(xiàn)在它可以將較低的能量轉(zhuǎn)換成較高的能量，在地源熱泵技術的應用中主要表現(xiàn)在消耗較少的電能，再利用熱泵轉(zhuǎn)換出較多的熱能，以供用戶取暖。據(jù)相關研究顯示，當熱泵消耗1單位的電能時，就可以產(chǎn)生3-5單位的熱能，這不僅能使能源利用率得到很大提升，也具有更高的經(jīng)濟性。

1.3地源熱泵系統(tǒng)的組成與作用

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，一般由地埋管換熱器、地源熱泵機組和室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)三部分組成。在夏季，地埋管的傳熱介質(zhì)（水或防凍液）通過水泵送入冷凝器，將熱泵機組排放的熱量帶走，并釋放給地層（地層為蓄熱）。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷水，通過循環(huán)水泵送至空調(diào)末端設備，對房間進行供冷。在冬季，熱泵機組通過地下埋管吸收地層的熱量（向大地吸熱，地層為蓄冷）。冷凝器產(chǎn)生的熱水，則通過循環(huán)水泵送至空調(diào)末端設備對空間進行供暖。

2.地源熱泵技術應用的發(fā)展歷程

地源熱泵技術的產(chǎn)生是在全球資源緊缺，國家大力扶持清潔可再生能源利用的情況下發(fā)展而來的。地源熱泵技術是自上世紀90年代開始研究開發(fā)的，美國是最新實現(xiàn)成功利用地源熱泵技術進行地能資源利用的國家，我國在1997開始引進該技術，并在建筑節(jié)能技術中得到了很大的推廣與應用。然而在發(fā)展的過程中由于受自然條件和社會因素的影響，地源熱泵技術的推廣受到了一定的阻礙，產(chǎn)生了應用市場衰退的現(xiàn)象。

3.影響地源熱泵技術推廣應用的原因

雖然地源熱泵技術在我國已經(jīng)具有一定的市場規(guī)模，且發(fā)展前景也較為廣闊，但并沒有真正實現(xiàn)全面普及，來替代現(xiàn)有的空調(diào)應用。那么是什么在制約著地源熱泵技術的應用于推廣呢？筆者在基于我國當前國情現(xiàn)狀出發(fā)，分析了能源結(jié)構的分布特點，并對地源熱泵技術進行了深入研究，總結(jié)出當前制約地源熱泵技術全面普及推廣的主要原因可以分為技術性因素和非技術性因素這兩種情況，具體如下所示：

3.1技術性因素。

（1）土壤特性問題。地源熱泵系統(tǒng)的性能好壞與當?shù)赝寥罒崽匦悦芮邢嚓P，地熱源的最佳間隔和深度取決于當?shù)赝寥赖臒嵛镄院蜌夂驐l件。而當前的地源熱泵技術對于土壤的要求還相對較高，在很多地區(qū)，都由于土壤特性不能達到地源熱泵技術應用的要求而不能實施該技術。

（2）地下?lián)Q熱器傳熱機理的理論研究繁多，但缺乏理論與實踐的有效結(jié)合，缺乏多環(huán)境下應用技術的系統(tǒng)研究以及實際有效的強化傳熱方法[1]。

（3）不同冷、熱負荷下，地下?lián)Q熱器與熱泵系統(tǒng)最佳匹配技術的研究不夠。當前地熱空調(diào)技術的研究熱點依然集中在地熱能換熱器的換熱機理、強化換熱及熱泵系統(tǒng)與地熱能換熱器匹配等方面。與前一階段單純采用“線源”傳熱模型不同，最新的研究更多地開始關注相互耦合的傳熱、傳質(zhì)模型以更好地模擬地熱能換熱器的真實換熱情況。

（4）地源熱泵技術與其它技術的配合不協(xié)調(diào)。地源熱泵技術是暖通空調(diào)技術與鉆井技術相結(jié)合的綜合技術，兩者缺一不可，這要求工程組織者和工程技術人員能夠合理協(xié)調(diào)、做好充分的技術經(jīng)濟分析。而目前的技術水平還不能很好的滿足這一要求。

（5）目前地下水的回灌技術不完善，在一定程度上會影響以水為低位熱源的地源熱泵的進一步推廣；此外土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)鉆井對土壤熱、濕及鹽分遷移的影響研究有待進一步深入，如何使不利因素減少到最小是必須考慮的問題。

3.2非技術性因素

所謂非技術因素就是指制約地源熱泵技術發(fā)展的相關社會因素，主要可以從國家宏觀管理，專業(yè)技術人才的匱乏和質(zhì)量評定體系的建立幾方面來分析。

（1）目前我國雖然在大力支持地源熱泵技術的推廣與應用，但相關部門卻沒有出臺完善的地源熱泵技術產(chǎn)品制造的規(guī)范標準和相關法律法規(guī)，對于目前使用地源熱泵技術的工程只注重其設備機組的節(jié)能而沒有真正實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的現(xiàn)狀沒有加以引導，沒有設立專門的管理部門對地源熱泵技術的應用進行科學管理[2]。

（2）由于地源熱泵技術是一門新興的能源技術，針對這一技術進行深入研究的專業(yè)人員較少，也就是有關地源熱泵技術的專業(yè)人才嚴重匱乏，沒有形成一定的專業(yè)培養(yǎng)體系。沒有專業(yè)的人員指導施工，也是制約該技術推廣的主要原因。

（3）當前安裝一套地源熱泵技術所需費用較高，且沒有權威的質(zhì)量評定部門來確定該技術的節(jié)能效果，這就使得很多人不敢輕易嘗試這種新技術，對于地源熱泵技術的應用市場也缺乏一定的準入制度。

4.加強地源熱泵技術推廣的措施

從有效保護地下熱資源和實用性出發(fā)，地源熱泵技術的推廣必須要兼顧地下熱平衡的問題。在方案上，要保證整個區(qū)域的熱平衡，使系統(tǒng)長期可靠地運行使用。在系統(tǒng)上，提倡地源熱泵系統(tǒng)加輔助冷熱源的設計方式。中國具有應用地源熱泵技術的廣闊市場與條件，加之地源熱泵技術本身具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，地源熱泵技術的應用前景十分廣闊。我們要充分利用當前國家能源政策，真正實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的有效結(jié)合[3]。

5.結(jié)語

地源熱泵技術是一項高效節(jié)能，清潔安全的先進科技技術，在目前的技術基礎上，還應該不斷完善熱泵技術，培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，使地源熱泵技術能夠適應更多地區(qū)的土質(zhì)特點。從目前地源熱泵技術的發(fā)展現(xiàn)狀來看，加強地源熱泵技術的應用和發(fā)展對于我國經(jīng)濟、社會和環(huán)境發(fā)展的重要意義。

【參考文獻】

[1]馬宏權，龍惟定，朱東凌.地源熱泵的應用進展[J].建筑熱能通風空調(diào)，2008（06）.

[2]劉學來，李永安，張耀鵬.地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設計施工中應注意的問題[J].建筑技術，2010（11）.

[3]曾憲斌，李娟.地源熱泵的地域特性及熱平衡問題[J].能源技術，2007（06）.