淺談地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

夏如杰　張潔

【摘 要】本文主要從建筑節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、清潔能源等方面探討了地源熱泵在建筑工程中的應(yīng)用必要性和現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】建筑節(jié)能；地源熱泵；供熱空調(diào)系統(tǒng)

伴隨著國內(nèi)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑節(jié)能要求不斷提升。就暖通工程而言，如何在保證冬季供熱采暖基本需求的基礎(chǔ)上最大程度降低大氣污染、減少供熱能耗進(jìn)而節(jié)約能源是一項非常重要的工作。特別是大中型城市，大氣環(huán)境治理形勢較為嚴(yán)峻，竭力減少燃煤量，大力發(fā)展新型清潔能源迫在眉睫。

地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)通過一個熱泵機組與大地進(jìn)行熱量交換并將能量輸送至建筑物內(nèi)以實現(xiàn)供熱或供冷的目的。這類空調(diào)系統(tǒng)所需消耗的能源僅是傳統(tǒng)的供熱空調(diào)系統(tǒng)的50%，屬于一種典型的利用清潔可再生能源實現(xiàn)制冷或供暖的新型空調(diào)系統(tǒng)，目前已廣泛運用于商業(yè)、公共建筑、住宅等建筑物中。

1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的原理

一般傳統(tǒng)空調(diào)都是利用空氣中的熱能作為熱源的所謂空氣源熱泵空調(diào)，所以傳統(tǒng)空調(diào)也叫空氣源熱泵空調(diào)?？諝庠礋岜每照{(diào)的能量都是來自室外空氣，室外空氣的溫度受環(huán)境影響很大，在冬李室外溫度小于我們?nèi)祟愃璧氖孢m溫度，在夏季室外溫度大于我們?nèi)祟愃璧氖孢m溫度。為了獲得我們?nèi)祟惿嫠璧氖孢m溫度，就需要用熱泵對室外空氣進(jìn)行升溫或降溫加工處理，并把經(jīng)加工處理后符合我們?nèi)祟惿嫠璧氖孢m溫度搬運到室內(nèi)、這就是空氣源熱泵空調(diào)工作的原理和過程。在這個過程中熱泵耗用了電能共作了“兩個功”，一個是對室外空氣作功，使室外空氣溫度升高或降低。另一個是搬運作功，為的是把冷熱量搬入房間。

地源熱泵就是利用大地中土壤里的熱能、地下水或地表水中的熱能作冷熱源，對建筑物進(jìn)行供冷、供暖的空調(diào)技術(shù)。地球是一個最大的太陽能量載體，地表-6米以下的土壤及地下水溫度一年四季都在16-18℃幾乎不受地表環(huán)境溫度的影響。地源熱泵通過換熱器跟大地?fù)Q熱，再用電能作功，把16-18℃的溫度直接搬運到室內(nèi)。在冬季，起到制熱作用；在夏季起到制冷作用。這就是地源熱泵空調(diào)工作的原理和過程。在整個工作過程中，熱泵只需做“一個功”的，因而消耗的電能相對較少。

一般，要比較幾種不同空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性，最直觀的方法，只要比較各空調(diào)主機的（源側(cè)）輸人載體溫度和輸出載體溫度的“溫差”即可，溫差越小的空調(diào)系統(tǒng)越節(jié)能。例如，比較傳統(tǒng)（空氣源）熱泵空調(diào)和地源熱泵空調(diào)的節(jié)能性能，以夏季為例：在兩種空調(diào)系統(tǒng)輸出載體溫度均為7℃時，比較空調(diào)主機的輸入載體溫度和輸出載體溫度的“溫差”就變成只要比較兩種空調(diào)系統(tǒng)源側(cè)輸入載體溫度的溫差，每相差1℃，節(jié)能效率相差3%。夏季，空氣源熱泵主機源側(cè)輸入溫度為35℃，地源熱泵主機源側(cè)輸入溫度為18℃。兩者相差17℃，即地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能51%。

2 地源熱泵應(yīng)用是建筑節(jié)能的要求

國家大力提倡和鼓勵可再生持續(xù)能源的開發(fā)和利用，地源能作為可再生、可持續(xù)、新型環(huán)保的能源，其應(yīng)用是建筑節(jié)能的要求。

2.1 《中華人民共和國節(jié)約能源法》第四條規(guī)定：“國家鼓勵開發(fā)利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地源能正是屬于可再生能源。

2.2 《建設(shè)部建筑節(jié)能“十五”計劃綱要》中明確指出“十五”期間建筑節(jié)能工作的重點之一是：“大力推進(jìn)太陽能、河水、湖水、海水與地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作”。

2.3 《民用建筑節(jié)能條例》和《公共機構(gòu)節(jié)能條例》對建筑節(jié)能提出了明確的要求。

2.4 北京、上海、沈陽、江蘇、浙江和福建等省、市已開始推廣和強制推廣“地源熱泵”空調(diào)技術(shù)在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用。國家對應(yīng)用地源熱泵采取了扶持政策，地源熱泵項目按建筑面積補助40-120元/㎡。

3 地源熱泵的應(yīng)用是環(huán)境保護(hù)的要求

3.1 2009年11月26日，我國政府正式將國內(nèi)溫室氣體排放行動目標(biāo)對外公布，力爭在2020年實現(xiàn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年降低40%-45%。

3.2 就我國北方而言，由于多數(shù)地區(qū)采用燃煤供暖，相應(yīng)的大氣污染情況較為嚴(yán)重，這已經(jīng)引起政府部門的高度重視。后續(xù)的燃油和燃?xì)獠膳m在一定程度上可以減少大氣污染，但過程中所產(chǎn)生的溫室氣體仍然會對大氣產(chǎn)生污染。夏季高溫季節(jié)，建筑物需要制冷，若室外溫度高，則空調(diào)負(fù)荷相對增大，過程中空調(diào)外機會同步向室外散熱，相應(yīng)的冷凝溫差縮小，空調(diào)機的運轉(zhuǎn)效率也相應(yīng)降低，耗電量也高。

響應(yīng)國家推廣建筑節(jié)能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要新能源綜合利用是關(guān)系國際民生的戰(zhàn)略需要。我國地大物博，人口基數(shù)大，相應(yīng)的建筑規(guī)模巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計，住宅建設(shè)約占居住建筑的92%。到1999年底，我國設(shè)市城市為668個，當(dāng)年全國城市新建房屋竣工面積4.3652億㎡，其中住宅2.97 16億㎡。當(dāng)年底，總居住面積21.0112億㎡，人均使用面積達(dá)到14.2 ㎡。住宅建筑數(shù)量巨大，目前住宅基數(shù)不斷增長，增長速率非常強勁。由此看出，我國住宅建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，不僅是中國歷史上的最高峰，也是世界上任何一個國家不可比擬的。

我們不能忽略的是國內(nèi)房屋建筑快速增長背后所付出的高額能源消耗代價，住宅能源消耗已經(jīng)成為僅次于土地資源之后的第二大消耗項目?！鞍宋濉逼陂g，我國能源生產(chǎn)的年平均增長率3.6%，而建筑能耗年平均增長率為5.84%，大大超過了能源的增長率。長此以往不加改變，那么建設(shè)一種環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的和諧社會就是一句空話這就說明，除了堅決采取節(jié)約能源的措施之外，已別無它路。

近年，每到夏季和冬季，居民用電量猛增，面臨限時用電的尷尬境地，給未來經(jīng)濟發(fā)展帶來了一定不利影響?，F(xiàn)中央政府正大力提倡節(jié)約能源和節(jié)能產(chǎn)品的使用，并提出在“一十一五”期間，單位GDP節(jié)能20%的目標(biāo)，任務(wù)非常艱巨。那么，要實現(xiàn)該節(jié)能目標(biāo)，一個重要的方面就是要利用可再生、環(huán)保、經(jīng)濟型能源。

國家新節(jié)能法：“鼓勵采用建筑節(jié)能技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)?！?/p>

4 地源熱泵的應(yīng)用是經(jīng)濟發(fā)展的要求

從經(jīng)濟角度來講，傳統(tǒng)的燃煤供暖需要消耗大量的煤炭資源。近年來燃煤的價格不斷上漲，相應(yīng)的導(dǎo)致采暖價格的提高。后續(xù)的燃煤改燃?xì)狻⑷加?，雖可降低大氣污染的程度，但初期投資相對增加，相應(yīng)的也提高了供暖系統(tǒng)的運營成本。就北京市而言，冬季天然氣供暖費用已增加到30元/㎡，費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤供暖19元/ ㎡，燃油供暖價格更是高達(dá)50元/㎡。

5 結(jié)束語

雖然，地源熱泵的應(yīng)用會受到初投資較大、建筑的周圍要有足夠的空曠場地埋設(shè)地埋管等條件限制，還不能在建筑密度很大的城市中心地區(qū)應(yīng)用。但是，在遠(yuǎn)離城市中心區(qū)的新區(qū)、開發(fā)區(qū)和一些中小城市、新建城市還是具有廣闊的市場。推廣使用地源熱泵，使用湖（海、污）水源等地?zé)崮?、低谷電能等新能源，可有效降低建筑能?0%以上，從國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展來看，具有舉足輕重的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]