摘 要:地源熱泵是一種集高效、節(jié)能、環(huán)保、有利于可持續(xù)發(fā)展于一身的新型空調(diào)采暖方式,地源熱泵技術的應用有利于解決能源危機和環(huán)境污染這兩個困擾中國發(fā)展的重大問題,進而為中國的可持續(xù)發(fā)展帶來了契機,地源熱泵在中國有廣闊的發(fā)展前景。從地源熱泵的由來入手,結合國內(nèi)外地源熱泵發(fā)展情況的分析,得出地源熱泵的特點,從而為中國發(fā)展地源熱泵技術提出了意見和建議。
關鍵詞:地源熱泵,空調(diào),采暖,節(jié)能
中圖分類號:N04;TU83 文獻標識碼:A 文章編號:1673-8578(2014)S1-0052-03
The Concept and Application of Ground Source Heat Pump Technology
CHENG Yingxin
Abstract: Ground source heat pump is a new air conditioning heating method which features high efficiency, energy saving and environmental protection. The application of ground source heat pump technology facilitates the solvement of two major problems: energy crisis and environmental pollution and thus brings opportunity of sustainable development of China. The development of ground source heat pump in China has a vast prospect. This paper starts with the origin of ground source heat pump, and then combines with analysis of its development both in China and abroad so as to put forward opinions and suggestions for the development of ground source heat pump technology in China.
Keywords: ground source heat pump, air conditioning, heating, energy conservation
收稿日期:2014-06-28
作者簡介:程應欣(1976—),國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作北京中心審查員,從事專利審查工作。通信方式:chengyingxin@sipo.gov.cn。
當今社會,隨著溫室效應和全球極端天氣的頻發(fā),作為地殼表層范圍內(nèi)的“綠色能源寶庫”的淺層(通常小于400米深)地熱能,越來越多地為人們所重視和利用。地源熱泵作為國際領域通用的高效節(jié)能技術,也逐步為我國各地區(qū)所熟悉和利用。
一 地源熱泵的起源和發(fā)展
“地源熱泵”這一技術概念由英、美兩國提出,第一個地源熱泵系統(tǒng)于1946年出現(xiàn)在美國俄勒岡州的波蘭特市中心區(qū),而在當時,這種能源的利用方式并沒有引起社會廣泛的關注,因此,在隨后的30年時間中,其在技術和理論上都沒有太大發(fā)展。直至20世紀80年代,地源熱泵才進入真正意義上的商業(yè)應用,至21世紀初,美國全國商業(yè)建筑中,地源熱泵安裝了近5000套,到目前為止安裝了40余萬套,且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。
在歐洲,如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家,淺層地熱資源主要通過地下埋管的地源熱泵來進行利用,地源熱泵在21世紀初已達到非常高的利用率,其中瑞士為96%,奧地利為38%,丹麥為27%。
而在我國,地源熱泵僅僅處于起步階段,有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。一方面,隨著城市環(huán)境問題的日益凸顯及能源結構的調(diào)整,越來越多的城市將逐漸淘汰普通燃煤鍋爐,而以何種方式實現(xiàn)住宅供熱問題是目前上至政府、下至普通百姓均在考慮的問題。另一方面,隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的日益提高,我國住宅空調(diào)安裝率也迅速增長,地源熱泵將會成為21世紀最有效、最具影響力和競爭力的空調(diào)技術。
二 地源熱泵的組成和工作原理
地源熱泵系統(tǒng)主要由三部分組成,即:室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組以及室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)。
地源熱泵作為一種新型能源利用技術,利用淺層地能進行供熱空調(diào),把地下土壤中熱量或者冷量轉(zhuǎn)移到所需要的地方,還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi),工作過程中從低位熱源中吸取能量,將能量傳遞給高位熱源。具體而言,地源熱泵根據(jù)季節(jié)的不同而進行不同的工作,冬季需要供熱時,地源熱泵機組通過從室外淺層埋地盤管獲得地淺層熱源為室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)提供熱源;夏季制冷時,把室內(nèi)的熱量通過埋地盤管排入室外大地中,再通過土壤進行熱量的擴散。
三 地源熱泵技術的特點
從國外多年的發(fā)展經(jīng)驗來看,地源熱泵具有以下特點:
1.由于地源熱泵的循環(huán)利用系數(shù)(即COP值)達到了4以上,即消耗1kWh的能量,用戶可得到4kWh以上的熱量或冷量,因此,地源泉源熱泵具有經(jīng)濟有效的節(jié)能特性。
2.雖然地源熱泵也需要采用制冷劑,但由于淺層地熱能源的利用,制冷劑用量比普通空調(diào)系統(tǒng)減少了25%左右,減少了燃燒、排煙,也降低了制冷劑泄漏的風險,有實驗得出,地源熱泵的污染物排放僅相當于空氣源熱泵的60%,與電采暖相比減少了七成以上??梢?,地源熱泵具有顯著的環(huán)境效益。
3.由于地源熱泵利用了淺層地熱資源作為能量來源,進而通過能量的轉(zhuǎn)換為空調(diào)、采暖系統(tǒng)供冷或供暖,而上述地熱資源廣泛存在于土壤、地下水、江河湖泊以及通過太陽能、地熱能可重復利用的能源,它不受地域的限制,量大面廣,無處不在,可無限再生,因此,地源熱泵也是一種可再生利用的技術。
4.地源熱泵系統(tǒng)可以實現(xiàn)采暖、空調(diào)、生活熱水等多種功能,因此,其還具有一機多用、應用范圍廣的特點。
可見,地源熱泵具有節(jié)能、環(huán)保、可再生及應用廣泛的特點,在今后相當長一段時間,地源熱泵將會作為主要的技術在暖通空調(diào)領域更加快速地發(fā)展。
四 我國地源熱泵技術的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
在我國,人們節(jié)能、環(huán)保意識的欠缺,地源熱泵技術發(fā)展還處于起步階段,但隨著經(jīng)濟水平的提高和人們意識的改變,地源熱泵技術越來越多地引起了人們的重視,許多大中專院校、科研院所都加入的地源熱泵技術的研究中來。
為了深入推進地源熱泵技術的發(fā)展,近期,國家分別將北京、天津和沈陽作為地源熱泵試點城市,力求得到較大的發(fā)展。國家從政策和技術上努力引導發(fā)展地源熱泵,一些政府部門的辦公場所、醫(yī)院、學校等等,都進行了地源熱泵工程改造,對于一些在國內(nèi)外有著高度關注度的建筑,如奧運森林公園等等都使用了地源熱泵,并通過宣傳展板的方式介紹給公眾。
由于我國幅員遼闊,南、北方存在較大溫差,由此導至目前地源熱泵的技術存在土壤熱不平衡的問題。即由于南方溫度高,需要以供冷為主,常年向地下擴散熱量;而北方地區(qū)由于冬季寒冷,需要大量采暖,因而從土壤中吸收了大量熱量。如果長年運行后將導致南北方土壤溫度失衡,周圍生態(tài)將會產(chǎn)生嚴重的影響。
另一方面,不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響,也會使地源熱泵的應用受到影響,前期一次性投資及運行費用會隨著用戶、地區(qū)等因素的影響而有所不同:如在開采使用地下水時,所在地水資源的多少會對其產(chǎn)生制約;埋管換熱也會受到場地大小的制約,因為,只有具備足夠的面積用于打井和埋管,才能將地源熱泵的經(jīng)濟性得到充分體現(xiàn);同時,在設計及運行過程中,對全年冷熱平衡也有很大要求,要做到在夏季排往地下的熱量與冬季取自地下的熱量基本平衡。
五 我國發(fā)展地源熱泵技術需要注意的問題
從上述我國地源熱泵發(fā)展的現(xiàn)狀和存在的問題看,我國在發(fā)展地源熱泵技術時需要從整體上對地源熱泵產(chǎn)業(yè)進行規(guī)范,真正做到綠色能源、綠色利用、綠色服務,具體表現(xiàn)為:
1.從我國國情出發(fā)進行改建,必要時政府應予以政策扶植,但切忌一窩蜂地亂上項目,各地區(qū)、各企業(yè)及用戶應理性分析,慎重選擇。
2.將研發(fā)內(nèi)容與生產(chǎn)過程相結合,使研發(fā)為生產(chǎn)服務,根據(jù)用戶的需求進行相應的產(chǎn)品研發(fā)。
3.注重環(huán)境保護,在選擇、利用地能的同時保護好我們賴以生存的環(huán)境。
4.結合我國實際國情,借鑒而不照搬國外發(fā)展成熟的技術,做到有的放矢。
六 結 語
由于地源熱泵在經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保等方面具有各種優(yōu)勢,并能夠彌補我國傳統(tǒng)的供暖制冷方式存在的許多不足,因此,為了更大程度上為社會節(jié)省能源,也為減少污染、緩解電荒等問題,地源熱泵應進行更廣泛的應用,以在保護人類環(huán)境的同時也為人類可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
參考文獻
[1] 樓媛媛.地源熱泵優(yōu)缺點分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2010(22):432.
[2] 于文華,趙立榮.淺析地源熱泵技術的應用及優(yōu)越性[J].中國高新技術企業(yè),2014(9):29-30.
[3] 畢知威.地源熱泵技術及其在暖通工程中的應用[J].科學與財富,2014(2):268.