暖通工程中的地源熱泵技術(shù)及其應(yīng)用

劉輝軍

1、前言

隨著人們對于生活品質(zhì)要求的提升，城市的供暖系統(tǒng)已經(jīng)漸漸發(fā)展成為人們生活的必需品。燃煤鍋爐子供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用甚廣，但是這種方式的供暖不僅資源利用率低，而且對環(huán)境產(chǎn)生極大破壞。環(huán)境的污染使得人們不得不去尋找新型清潔能源來代替破壞環(huán)境的能源。經(jīng)歷了這些年的發(fā)展，地源熱泵技術(shù)水平已經(jīng)較為成熟，能夠取代傳統(tǒng)的供熱和空調(diào)方式。地源熱泵通過使用土壤中儲存的太陽能，并且利用技術(shù)手段進行熱量轉(zhuǎn)換來給人們供暖或者制冷。地表和水體可以看作是一個巨大的太陽能接收器，他們儲存了百分之四十七的太陽輻射能量。這種系統(tǒng)還是一種平衡系統(tǒng)，能夠自然的保持太陽能平衡，因而可以看作是近于無限的太陽能利用形式。

2、地源熱泵的技術(shù)特點及技術(shù)原理

2.1地源熱泵的技術(shù)特點

地源熱泵技術(shù)之所以廣泛的應(yīng)用，是因為其具有獨特的技術(shù)特點，能夠滿足人們的生產(chǎn)生活需求。歸納總結(jié)為以下幾點。第一，由于地球表面存儲的太陽能趨于平衡，并且可以稱之為取之不盡用之不竭。地源熱泵技術(shù)能夠利用地球表面地?zé)嵩催M行能量轉(zhuǎn)換，從而建立空調(diào)體系為住民供暖。第二，因為地球的表淺層的地?zé)嵩丛谝荒晁募局卸伎梢圆蛔兊拇嬖?。在冬季和夏季，地表熱源于季?jié)的溫度相反，從而提供人們身體體溫最為舒適的溫度。據(jù)統(tǒng)計，地源熱泵的使用效率比傳統(tǒng)的方法高出一倍，但是卻能節(jié)能百分之四十左右，這使得地源熱泵成為當(dāng)之無愧的頭號家居新能源。第三，采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠有效的降低建筑物的維護修理費，減少由于傳統(tǒng)機械設(shè)備的成本費用。第四，應(yīng)用范圍廣泛。地源熱泵系統(tǒng)的使用場所不僅僅是單一的學(xué)校、賓館、辦公樓，還可以是別墅、大型商場等。

2.2地源熱泵的技術(shù)原理

地源熱泵體系根據(jù)載體的區(qū)別可以分為三種體系，分別是土壤源熱泵、地下水熱泵系統(tǒng)、地表水熱泵系統(tǒng)。這三中系統(tǒng)雖然有所不同，但是利用地?zé)嵩催M行供暖和制冷的原理殊途同歸。他們都是利用水源熱泵的一種形式，通過熱交換達到能量的轉(zhuǎn)換目的，從而轉(zhuǎn)換成為人們生產(chǎn)生活需要的能源形式。這種轉(zhuǎn)化過程較為簡單，因而也比較容易推廣應(yīng)用。以小區(qū)住宅家庭為例說明。住宅中的地源熱泵系統(tǒng)主要包括立式風(fēng)盤、臥式風(fēng)盤、地板采暖、熱水水箱、地源金剛以及地理管。通過地源金剛以及地理管的連接，在住宅和地源之間形成通路，帶動地?zé)崮苓M入住宅中。進而通過立式風(fēng)盤和臥式風(fēng)盤的作用，將地?zé)嵋龑?dǎo)為地板采暖和熱水水箱以及沐浴用水中的熱能。

3、地源熱泵技術(shù)在暖通工程中的應(yīng)用

3.1國外的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用情況

國外地源熱泵發(fā)展比較早，更為普遍。在美國，能源部、國家環(huán)境保護局以及艾德生電力機構(gòu)等于1994年共同建立起地源熱泵協(xié)會來促進美國地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用。美國的多位總體都曾經(jīng)多次在不同的公眾場合高調(diào)宣傳其優(yōu)越性，并且大力倡導(dǎo)美國社會使用地源熱泵技術(shù)。在美國的許多高端住宅領(lǐng)域，都熱衷于地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。因為該技術(shù)不僅能夠更為高效的為住宅供暖制冷，還能夠減少環(huán)境的破壞，為高端住宅區(qū)營造更好的生活環(huán)境。美國在近代以來一直是技術(shù)的引導(dǎo)者。由此可見，地源熱泵技術(shù)將成為今后住宅取暖制冷的技術(shù)方向之一。當(dāng)然，不僅僅在美國，歐洲各國以及澳大利亞等地政府都建設(shè)基金會用以鼓勵地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。在亞洲，韓國以及日本等國政府也相繼在投資醫(yī)療、教育以及軍事領(lǐng)域中制定一定比例的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用。據(jù)調(diào)查，瑞士和挪威等國家采用的地源熱泵已超過百分之九十六。世界各國爭相在地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域有所建樹，說明地源熱泵是新世紀供熱制冷的重大技術(shù)手段。因而，必須能夠在這種技術(shù)手段上保持先進才能夠增強國家的競爭力，才能夠為經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展增添動力。

3.2國內(nèi)地源熱泵的應(yīng)用情況

國外的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用如火如荼，我國的地源熱泵技術(shù)也得到了國家層面的關(guān)注與支持。目前，我國的地源熱泵應(yīng)用市場前景非常大。我國黨中央積極宣傳和規(guī)劃地源熱泵的應(yīng)用。各地方政府也積極響應(yīng)黨中央的號召。2015年，我國的地源熱泵展將于上海舉行。屆時，國內(nèi)廠商及供應(yīng)鏈等參展企業(yè)高達150家余家。據(jù)艾肯家電網(wǎng)報道，具有中國硅谷之稱的北京中關(guān)村也已經(jīng)在建設(shè)分體式冷熱風(fēng)型水源熱泵。我國許多城市也相繼發(fā)展地源熱泵技術(shù)，大力提倡地源熱泵技術(shù)在暖通工程的應(yīng)用，從而使城市的供暖更加可靠、更加安全以及更加環(huán)保。2015年初，我國地源熱泵領(lǐng)域唯一的集成設(shè)計系統(tǒng)已經(jīng)上市并且公開發(fā)售。該系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的地源熱泵技術(shù)軟件系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，能夠動態(tài)的傳熱，從而模擬地源熱泵和地理管熱交換器系統(tǒng)的物理模型以及工作狀態(tài)。并且能夠記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)和物理狀態(tài)，從而極大的提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和魯棒性。可以說，在地埋管換熱器傳熱分析方面我國的國產(chǎn)軟件系統(tǒng)已經(jīng)擁有了國際領(lǐng)先水平。軟件技術(shù)和硬件技術(shù)的提升使得我國在地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。我國在軟件技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢建立為地源熱泵技術(shù)的進一步推廣提供了重要支撐。只有我國加大推廣的力度，加大研究地源熱泵技術(shù)的投入，才能夠在新世紀中趕超西方發(fā)達國家，為我國社會的進步增添動力。

3.3地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用受到了國家大力支持

地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用成為國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛關(guān)注的對象。我國從中央到地方政府領(lǐng)導(dǎo)都非常重視地源熱泵技術(shù)的研究和應(yīng)用。地源熱泵技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為國際新能源競爭力的重要體現(xiàn)。只有充分發(fā)展地源熱泵技術(shù)，才能夠為國家和社會的發(fā)展提供充足的功力，為人類社會和環(huán)境的保護提供必要的支撐。我國政府大力支持地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。從國家頒布的發(fā)展報告書以及各地方政府的發(fā)展規(guī)劃可知一二。例如，重慶市和陜西省等地區(qū)都對使用可再生能源的地?zé)嵯到y(tǒng)建筑給予一定的政府補貼，并且在學(xué)校、醫(yī)院、行政建筑等場所大力推行地源熱泵技術(shù)。地源熱泵技術(shù)的發(fā)展不僅是社會新能源的發(fā)展方向，更加成為人們生產(chǎn)生活所不可缺少的空調(diào)新形勢。

4、結(jié)論

綜上所述，地源熱泵技術(shù)以其技能環(huán)保的優(yōu)勢成為了對人類最友好的空調(diào)形式，也是人類社會空調(diào)事業(yè)的發(fā)展方向。只有加大推進地源熱泵技術(shù)的研究和推廣，才能夠進一步提高我國的國際競爭力，才能夠在新世紀的能源競爭中贏得一席之地。相信，隨著地源熱泵技術(shù)的推廣的和應(yīng)用，暖通工程的建設(shè)將取得質(zhì)的飛躍，人們的生活也將因此受益。