建筑節(jié)能中地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用

崔振彬

（天津華勘地?zé)峁こ逃邢薰?，天?300170）

1 地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不斷提升，人們對(duì)能源、經(jīng)濟(jì)資源的要求更加迫切。據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑最大的耗能點(diǎn)是采暖和空調(diào)，我國(guó)在采暖和空調(diào)上的能耗占建筑總能耗的55%，且隨著人們生活水平的提升，空調(diào)建筑能耗也將進(jìn)一步增大。如何降低建筑能耗中空調(diào)系統(tǒng)的能耗，成為解決成為節(jié)能工作中最重要的任務(wù)之一。

2 地源熱泵系統(tǒng)工作原理

眾所周知，地下室冬暖夏涼，地源熱泵正是利用大地的這個(gè)特點(diǎn)，采用抽水井和回灌井，利用水泵將地下水從抽水井抽上來(lái)，與空調(diào)機(jī)組所產(chǎn)生的冷量或熱量在換熱器內(nèi)充分換熱，換熱后的地下水再通過(guò)回灌井回灌到地下。

地源熱泵系統(tǒng)充分利用土壤中的巨大能量，循環(huán)復(fù)生。其運(yùn)行過(guò)程中無(wú)煙霧，無(wú)浪費(fèi)巨大的能源儲(chǔ)備，既不破壞地下水資源，也沒(méi)有任何污染，對(duì)環(huán)境污染小。地源熱泵70%以上從土壤中獲得能量，只消耗少量的電能，它比普通鍋爐節(jié)能70%以上，比普通空調(diào)節(jié)約40%～50%的能源。

3 地源熱泵在建筑節(jié)能中的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

與普通的中央空調(diào)不同，地源熱泵工作時(shí)，是從大地中提取冷卻的熱量。因?yàn)榇蟮匚樟颂?yáng)能的47%，所以更深的地層可以保持一個(gè)恒定的地溫。一年四季中，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，這使得工作非常有效的加熱和冷卻，輸入1kW的電量可以得到4～5kW以上的制冷制熱量，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。這是地源熱泵獨(dú)特運(yùn)行原理帶來(lái)的好處之一。此外，地源熱泵以地能為冷熱源的工作原理，還使得系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)運(yùn)行的更穩(wěn)定、更環(huán)保。

3.1 運(yùn)行穩(wěn)定可靠

土壤溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變化，是熱泵機(jī)組很好的冷熱源，這種令土壤溫度更加恒定的特性，使得熱機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，不存在空氣源熱泵冬季除霜困難的問(wèn)題，克服了常規(guī)的空調(diào)，由于外界溫度變化造成更大的功率，制冷和制熱效果差的缺點(diǎn)。

3.2 經(jīng)濟(jì)節(jié)能，運(yùn)行效益高

淺層地?zé)釡囟纫荒晁募鞠鄬?duì)穩(wěn)定，一般為10～25℃，在冬季比環(huán)境空氣溫度高，在夏季比環(huán)境空氣溫度低，熱泵是一個(gè)很好的熱源和冷空調(diào)，這使得地面源熱泵溫度特性制冷，供熱系數(shù)可達(dá)3.5～5.5。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的40%～60%，對(duì)地源熱泵技術(shù)來(lái)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的能源效率高出40%以上。

3.3 一機(jī)多用，節(jié)約成本

熱泵系統(tǒng)可供暖和制冷，還可供應(yīng)生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的基礎(chǔ)鍋爐壓縮空氣調(diào)的兩套設(shè)備，特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，而不是僅節(jié)部完成質(zhì)量函數(shù)源，不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以滿(mǎn)足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。

3.4 利用可再生能源

熱泵利用地球表面淺層地?zé)崮懿皇艿赜?、氣候條件的限制，是一種無(wú)限的可再生能源。并且地源熱泵運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量，環(huán)境效益明顯。

3.5 系統(tǒng)維護(hù)少，壽命長(zhǎng)

地源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)費(fèi)用低；另外，地源熱泵系統(tǒng)不是埋在地下就是放置在室內(nèi)，使用壽命長(zhǎng)，一般地源熱泵地上機(jī)組正常使用壽命不低于25a，地下埋管可達(dá)50a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通空調(diào)機(jī)組。

據(jù)報(bào)道，南婁底村有傳承百年的鉆井技術(shù)歷史，村民們具有豐富的鉆井經(jīng)驗(yàn)。村民在承攬和參與鉆井工程的同時(shí)，根據(jù)市場(chǎng)需求，不斷引進(jìn)鉆井新技術(shù)、新方法和先進(jìn)設(shè)備。該村于2007年從石家莊市引進(jìn)地源熱泵供熱制冷高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)，該地源熱泵通過(guò)輸入少量的電能，即可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)嵩吹礁邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移，比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)效率高40%，可節(jié)省40%左右的運(yùn)行成本。由于該系統(tǒng)使用電力沒(méi)有燃燒，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生污染和噪聲，且不抽取地下水，不破壞、污染和浪費(fèi)地下水資源，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，為該村村民帶來(lái)了豐厚的收入。

4 地源熱泵在建筑節(jié)能中的推廣建議

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)、國(guó)際地源熱泵協(xié)會(huì)等行業(yè)組織為促進(jìn)地下水源熱泵提供技術(shù)支持，但事實(shí)上，國(guó)家立法對(duì)地下水源熱泵的應(yīng)用有一定的限制。由于地下水源熱泵需要大量抽取地下水，許多歐美國(guó)家一般不鼓勵(lì)使用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，鑒于監(jiān)測(cè)管理地下工程的難度較大，美國(guó)和其他的發(fā)達(dá)國(guó)家在應(yīng)用地源熱泵上的表現(xiàn)是相當(dāng)謹(jǐn)慎，如禁止在地下水源保護(hù)區(qū)使用地下水源熱泵，要求熱泵循環(huán)水同層回灌等。地下水源熱泵在應(yīng)用的過(guò)程中，雖然有了一定的限制，但還有不完善的地方，如：抽水灌溉，由于監(jiān)管不嚴(yán)造成的不平衡，對(duì)于項(xiàng)目已經(jīng)建成，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)對(duì)井下監(jiān)測(cè)的需要和執(zhí)法等。在我國(guó)的管理存在一定的漏洞，如：地源熱泵系統(tǒng)搞承包，設(shè)計(jì)和施工的單位沒(méi)有建立資格考試制度的調(diào)查，熱泵設(shè)計(jì)，施工的地下部分，檢驗(yàn)和其他部門(mén)缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致工程質(zhì)量不過(guò)關(guān)和資源浪費(fèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

地源熱泵系統(tǒng)能效比高、節(jié)能性好，是現(xiàn)代最為前沿的空調(diào)技術(shù)，該技術(shù)目前在很多大型建筑項(xiàng)目和一些私家別墅中都有安裝運(yùn)用。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)隨著地源熱泵技術(shù)的不斷推廣和運(yùn)用，這一順應(yīng)“綠色節(jié)能低碳生活”理念的新技術(shù)也將被更多的業(yè)主認(rèn)識(shí)和接受。

[1]柳曉雷，王德林，方肇洪.豎直埋管地?zé)釗Q熱器的傳熱模型與計(jì)算[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2001，21（2）：1-3.

[2]于明志，方肇洪.土壤凍結(jié)對(duì)地?zé)釗Q熱器傳熱的影響[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（1）.