地源熱泵的特點及發(fā)展前景

王曉勇

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，供暖制冷系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)等在建筑能耗中所占的比例越來越大。傳統(tǒng)的供暖制冷系統(tǒng)在工作中會消耗大量能源，造成很大的污染。而利用地源熱泵為用戶供暖和制冷，可以減少運行成本和環(huán)境污染，是目前最清潔、高效、經(jīng)濟的空調(diào)技術(shù)。本文介紹了地源熱泵的工作原理、分類及其特點，比較了地源熱泵與傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)的區(qū)別，并簡要分析了地源熱泵在我國市場的發(fā)展前景，以此促進地源熱泵的應(yīng)用與推廣。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；特點；發(fā)展前景

中圖分類號： TU833 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-01-0144-02

一、引言

地源熱泵結(jié)合了中央空調(diào)、家庭取暖、生活熱水三者的優(yōu)勢，是一種節(jié)約能源、經(jīng)濟環(huán)保的建筑供暖制冷新技術(shù)。并且因其高效、環(huán)保、節(jié)能的特點，解決了困擾世界的能源浪費和環(huán)境污染問題。地源熱泵是利用媒介物質(zhì)來獲取相對穩(wěn)定的土壤內(nèi)能量的裝置，一年四季都可以為建筑物提供舒適的條件，滿足了人們的生產(chǎn)和生活需求。這種供暖制冷技術(shù)沒有能量的轉(zhuǎn)換，只是一種能量“搬運”過程，因此工作效率高、成本更低，在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。在傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)消耗大量能源，造成很大的污染的情況下，研究開發(fā)地源熱泵技術(shù)是十分必要的。

（一）地源熱泵的工作原理、分類及特點

1、地源熱泵的工作原理。地源熱泵的工作原理是通過獲取地能、地下水、土壤等淺層地熱資源，為建筑物供熱和制冷的節(jié)能環(huán)?？照{(diào)技術(shù)。地源熱泵在冬天將地能作為供熱的熱源，夏天將地能作為制冷的冷源。在通有少量能源如電能的情況下，可以將低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移[1]。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機組和室內(nèi)空調(diào)末端裝置系統(tǒng)組成，水循環(huán)在這三個系統(tǒng)間作為熱量傳遞介質(zhì)。

2、地源熱泵的分類。根據(jù)利用熱源方式和種類的不同，可以將地源熱泵分為地下水熱泵（GWHP）、土壤源熱泵（GCHP）和地表水熱泵（SWHP）三類。地下水熱泵系統(tǒng)是歐美國家最常用的地源熱泵系統(tǒng)，主要用于商業(yè)建筑中，一般采用水-水式板式換熱器，一側(cè)走地下水，一側(cè)走熱泵機組冷卻水。土壤源熱泵的換熱器埋在地下，一般采用水-水熱泵機組或水-氣熱泵機組，可以和大地進行冷熱交換。地表水熱泵系統(tǒng)分為開路系統(tǒng)和閉路系統(tǒng)兩種，寒冷地區(qū)不適用開路系統(tǒng)，具有價格低廉、維修成本低且泵能損耗低的特點，但在公用河水或湖泊較淺的地方，系統(tǒng)管道容易遭到破壞，影響其工作效率和供暖制冷能力。

3、地源熱泵的特點。地源熱泵是環(huán)保和節(jié)能中首選的空調(diào)方式，在建筑領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。其特點表現(xiàn)在：（1）地源熱泵具有節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟適用的優(yōu)點，工作過程中進行水循環(huán)時不會消耗和污染水，同時電力消耗量也相對較小。我國在2003年對地源熱泵的節(jié)能技術(shù)成果進行了推廣，對節(jié)能減排、環(huán)境保護起到了積極作用。（2）地源熱泵可以同時滿足供暖、制冷和提供生活熱水的要求，結(jié)合了中央空調(diào)、家庭取暖、生活熱水三者的功能，實現(xiàn)了一機多用。（3）地源熱泵機組的工況穩(wěn)定，運行部件相對更少因此維修成本較低。（4）地源熱泵利用轉(zhuǎn)移地能來實現(xiàn)室內(nèi)的冬暖夏涼，減少了向環(huán)境中排放的能量，沒有因燃燒過程產(chǎn)生的熱島反應(yīng)，可以有效維持生態(tài)平衡。（5）地源熱泵埋在地下的管道為聚乙烯和聚丙烯塑料管，使用壽命至少為45年[2]。（6）可以實現(xiàn)電話遙控和全電腦控制，也可以對室內(nèi)的溫濕度和換氣進行調(diào)節(jié)。

二、地源熱泵與傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)的區(qū)別

普通中央空調(diào)系統(tǒng)的風冷熱泵主機必須通風良好，因此設(shè)計中一般放在屋頂或設(shè)置于地面，嚴重影響了建筑的整體美觀。如果采用鍋爐和冷水機組作為冷熱空調(diào)，鍋爐和冷水機組的設(shè)置也是很大的問題。而土壤源熱泵主機的設(shè)置就不會受這些影響，可以將其設(shè)置在建筑物的任何位置。

普通中央空調(diào)系統(tǒng)的主機組受天氣條件的影響非常大[3]。在建筑物室內(nèi)需要供暖或制冷時，往往會出現(xiàn)供暖或制冷不足的情況。同時風冷熱泵在冬季會出現(xiàn)沖霜等問題，需要專門的設(shè)施進行控制。而地源熱泵通過“搬運”大地的熱量，不受天氣等因素的影響，使用效率更高。地源熱泵相對傳統(tǒng)的供暖制冷系統(tǒng)來說，更加綠色環(huán)保，不管是夏天還是冬天都不會污染外界環(huán)境。此外，地源熱泵主機的輸入功率較小，運行費用相對更低，既可以實現(xiàn)供暖制冷，又能為用戶提供生活熱水。

三、地源熱泵在我國市場中的發(fā)展前景

近年來，地源熱泵技術(shù)在歐美等國家取得了較快發(fā)展。地源熱泵技術(shù)在我國也逐漸得到了推廣和使用，但對土壤熱泵系統(tǒng)的研究還不是很深入，真正取得地下水熱泵工程成功的并不多。自1998年至今，我國很多專家學者在土壤熱泵系統(tǒng)的研究中投入了大量精力。目前已有很多研究者建立了相關(guān)試驗臺，對地下?lián)Q熱器和地面熱泵設(shè)備進行研究，很多房地產(chǎn)商也在一些城市建立了土壤熱泵系統(tǒng)示范工程。2001年我國建設(shè)部門實施的相關(guān)文件對地源熱泵技術(shù)的研究和發(fā)展進行了闡述[4]。北京市政府同相關(guān)研究機構(gòu)合作，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)專家的“綠色奧運”提議，在2008年北京奧運會上選擇使用了地源熱泵中央空調(diào)。

我國幅員遼闊，具有豐富的淺層地能[5]。目前我國發(fā)布的相關(guān)文件中明確提出，要在建筑用能中加大淺層地能等可再生利用資源的使用比例，淺層地能等可再生利用資源也已經(jīng)納入我國的能源發(fā)展規(guī)劃中。目前地源熱泵在我國沿海地區(qū)和北方地區(qū)有廣泛的應(yīng)用，很多商品房都使用了地源熱泵設(shè)備。通過初步統(tǒng)計，每年我國地級以上城市淺層地能的使用量，大于90億噸標準煤的燃燒量。未來五年，我國計劃完成地源熱泵供暖制冷三億平方米以上，我國整個地熱市場的開發(fā)利用規(guī)模預(yù)計在七百億元。從2010年世界地熱大會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，與2005年相比，地源熱泵年利用能量在5年中的年增長率超過百分之十九，地源熱泵的設(shè)備容量也以每年百分之十八的速度增長。隨著我國地下熱泵工程技術(shù)的不斷改進，以及專業(yè)安裝隊伍的發(fā)展，加上熱泵技術(shù)的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢，地源熱泵的應(yīng)用具有廣闊的市場，勢必成為空調(diào)方式中最有競爭力的技術(shù)。

2002年我國鐵道部率先在沈陽鐵路局職工培訓學校開展了地源熱泵技術(shù)示范工程建設(shè)，并進一步推廣了地源熱泵技術(shù)的示范和應(yīng)用。實踐證明：地源熱泵技術(shù)可以為鐵路建筑供熱和制冷，具有幾百平方米到數(shù)萬平方米的應(yīng)用范圍且安裝靈活、使用便捷，正好適合鐵路系統(tǒng)中大大小小的獨立建筑；其低廉的運行費用使鐵路能源費用支出突增的勢頭得到了明顯的遏制；其冬季供暖、夏季制冷并提供生活熱水的設(shè)施徹底改善了職工的工作、生活條件，體現(xiàn)了 “以人為本，共建和諧社會”的原則。也減少了一次性投資；同時沒有任何污染和廢棄物排放，這種運行方式有效的保護了鐵路周邊的生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)鐵路綠色通道打下了堅實的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

地源熱泵相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有很大優(yōu)勢，由于其環(huán)保節(jié)能、受外界環(huán)境影響、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點，是目前最有效的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，具有十分廣闊的市場前景。相信在科學技術(shù)不斷發(fā)展和社會倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，地源熱泵技術(shù)的研究會取得更大突破，這種具有競爭優(yōu)勢的技術(shù)也將在世界廣泛推廣和使用。

參考文獻：

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[3]張俊巧，尚百師，陸曼.地源熱泵系統(tǒng)運行管理節(jié)能潛力分析[J].中國住宅設(shè)施，2011，07（02）：102-103.

[4]張曉明，吳建坤.土壤源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用與經(jīng)濟性分析[J].沈陽建筑大學學報（社會科學版），2011，11（01）：58-59.

[5]胡璋，徐菱虹，劉云霞，胡平放.土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在武漢地區(qū)的經(jīng)濟性研究[J].流體機械，2010，06（04）：72-74.