淺析地源熱泵及其相關問題

畢福強,唐 聰

（1.大連鴻源熱能工程有限公司；2.大連鴻源熱能工程有限公司,遼寧 大連 116000）

淺析地源熱泵及其相關問題

畢福強1,唐 聰2

（1.大連鴻源熱能工程有限公司；2.大連鴻源熱能工程有限公司,遼寧 大連 116000）

作為高效節(jié)能的能源，地源熱泵為城市生產(chǎn)生活帶來諸多的便利。因此，本文從地源熱泵的工作原理、具有的優(yōu)勢以及需要注意的相關問題進行了分析。

地源熱泵；優(yōu)勢；具體問題

0 引言

作為一種節(jié)能的新技術，地源熱泵是主要應用在建筑物的空調中進行制冷供暖的調節(jié)，對夏季炎熱、冬天寒冷的地區(qū)，地源熱泵技術夏季制冷、冬季供暖的目的。隨著科學技術的不斷發(fā)展，地源熱泵技術以其節(jié)能以及運營費用的經(jīng)濟性，開始廣泛的應用在賓館、醫(yī)院、學校、寫字樓等結構，同時，還可以應用在民用建筑中。作為空調系統(tǒng)中最有前途的技術，地源熱泵受到初期投資大的制約因素影響，還沒有快速的普及開來。

1 地源熱泵的工作原理

地源熱泵是“熱泵”的一種，“地源”的意思是能量來源于大地，這一點與空氣熱泵不同。夏季制冷是將大地作為排熱場所，排放室內熱量到大地中以及壓縮機耗能通過地盤管進行排放，通過土壤導熱和水分的遷移，將熱量擴散出去。夏季制冷時，大地作為排熱場所，把室內熱量以及壓縮機耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去。在冬季進行供熱要將大地作為熱泵機組的低溫熱源，地盤管從土壤中獲取熱量為室內供熱。兩個換熱器同時可以作為冷凝器和蒸發(fā)器使用，根據(jù)季節(jié)的不同，發(fā)揮的功能也不同。實現(xiàn)功能的轉化是有換向閥進行控制。地源熱泵技術從大地汲取熱量，在冬季將夏季續(xù)存的熱量使用，保持熱量的平衡。

2 地源熱泵較具有的優(yōu)勢

地源熱泵技術和傳統(tǒng)空調系統(tǒng)相比，在能耗費用和維護費用方面有著明顯的優(yōu)勢，地源熱泵使用在商業(yè)中的平均年耗0.97 $·ft-2，傳統(tǒng)空調為1.17$·ft-2，可以節(jié)省的能源達到百分之十七，若使用在住宅建筑中，可以使能耗降低百分之三十二。之所以地源熱泵可以降低能耗，利用大地換熱性能優(yōu)于空氣換熱，夏季制冷，大地較空氣的溫度低，這樣有利于將熱量排出室外；在冬季和夏季相反。

在維護費用方面，在Douglas Cane 等對 二十五個加拿大和美國的應用地源熱泵的實例進行了跟蹤調查，按照不同建筑類型進行統(tǒng)計年均費用，地源熱泵的優(yōu)勢很明顯，從最早在一九八一年投入運營，最晚的時間為一九九五年，實例維修發(fā)生中，只有三個實例是利用外部承包商進行維護的，其他二十二個都是內部員工完成的，人工費用僅限于在工人工資中，合起來叫“基本費用”，表二所示的是在基本費用上進行修正后的數(shù)值，將內部工人的雇傭費以及加班費等進行修正補償?shù)娜粘９芾碣M用和加班費。

表1 按建筑類型劃分的年均總維護費用（考慮到承包商的利潤）

3 開發(fā)地源熱泵應注意的問題和措施

3.1 開發(fā)地源熱泵應注意的問題

在我國，地源熱泵技術的起步發(fā)展是比較晚的，很多技術研究工作都是在借鑒國外技術的基礎上完善完成的，系統(tǒng)受到地域性的影響是很大的，因此，在進行地源熱泵技術的研究過程中要注意以下幾點：

（1）在應用地源熱泵技術前，要對地域土壤的熱物性進行研究，掌握不同土壤的性能對于對熱泵運行效率起關鍵性的作用，從而選擇適合的換熱器。

（2）建筑在應用地源熱泵這種技術時，一定要做好對土壤源熱泵系統(tǒng)自動控制進行合理布置，布置前要確保系統(tǒng)的合理運行。

（3）應用土壤地源熱泵系統(tǒng)，要其他聯(lián)機設備聯(lián)合使用情況進行探討，其他聯(lián)機包括冷卻塔以及太陽能等其他設備的聯(lián)機使用，只有不斷的研究探索，才能提升土壤地源熱泵的使用效率。

（4）傳熱過程受到影響、傳熱效率降低，受到埋管地下熱交換器存在熱短路的影響，因此要進一步對高豎埋管進行研究，以減小短路，是開發(fā)地源熱時需要注意的問題。

（5）加強回填材料熱物性的分析與研究。

3.2 開發(fā)地源熱泵應采取的相關措施

在中國，地源熱泵已經(jīng)取得了一定的成績，由于很多客觀因素的制約，使得地源熱泵技術沒有很快的普及開來，筆者認為開發(fā)地源熱泵技術要采取下面幾個措施：

（1）土壤熱物性的相關資料一定要在技術應用之前進行好詳細的研究探索，為地源熱泵的設計提供參考資料。

（2）地源熱泵空調在進行開發(fā)過程中，要將配套的管材管路配件及熔接設備和技術進行研究，最大程度上降低投資；研究專門的鉆井、下管、封井設備和技術，并用規(guī)范化來縮短施工周期，從而降低施工費用。

（3）為了緩解地溫變化的程度，管間距、系統(tǒng)間隔運行、管群之間交義運行或增設輔助設備要選擇適當，同時為了不影響土壤與系統(tǒng)的換熱，周圍的土壤與埋地換熱器要有足夠的傳熱溫差。

（4）為了不斷的提升地源熱泵技術，要對已經(jīng)竣工的系統(tǒng)進行分析總結，逐漸的形成成熟的地源熱泵的設計方法。

（5）地源熱泵技術的推廣和應用需要專業(yè)領域的人員進行知識的傳播，政府要做好政策引導，使大眾提升對此技術的了解。

4 結語

地源熱泵技術的研究發(fā)展，給好能耗的空調領域帶來了技能高校的發(fā)展前景，這是一種綠色環(huán)保的技術，雖然在我國起步較晚，受到地域土壤性能的不同，研究起來存在不同的困難，但是隨著技術的不斷完善，每一個地區(qū)應該結合自身的發(fā)展特點進行技術的應用和完善，為城市建設和人民生活水平的提升不斷的努力。

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[2]趙軍,張春雷,王健,陳濤,李新國,宋德坤.地源熱泵在實際工程中的應用與研究[J].天津建設科技,2003（05）.

[3]鄭宗和,牛寶聯(lián),楊玉忠,葛昕.利用熱管技術提高地源熱泵水平埋管的換熱效能[J].節(jié)能,2003（10）.