地源熱泵技術(shù)應(yīng)用問題研究

陳晨

摘 要：加強(qiáng)對(duì)地源熱泵技術(shù)在供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)的應(yīng)用，具有良好的實(shí)踐效果，在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、提升經(jīng)濟(jì)效益等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，在后期的供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)中，須高度重視地源熱泵技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其重點(diǎn)方面的應(yīng)用，同時(shí)還要采取科學(xué)的實(shí)施措施和方法。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；供熱制冷；節(jié)能環(huán)保

一、運(yùn)行原理

地源熱泵系統(tǒng)的工作原理是利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行供冷和供熱，通過熱泵把地下的冷量或者熱量傳輸至建筑物中，夏季儲(chǔ)藏建筑物所釋放的熱量，從而冬季為建筑物提供需要的熱量。根據(jù)淺層熱源的類型，可以將地源熱泵系統(tǒng)分為兩種形

式，即地下水源熱泵系統(tǒng)和土壤源熱泵系統(tǒng)。對(duì)于地下水熱源泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行原理是以地下水作為冷、熱介質(zhì)，通過輸入少量的高位能源后，實(shí)現(xiàn)低位熱能和高味熱源之間的轉(zhuǎn)換。地下水源熱泵系統(tǒng)通常選擇深度介于100m-150m 之間的水源，該區(qū)域水的溫度相對(duì)恒定，因此將該區(qū)域稱之為恒溫帶。地下水源熱泵系統(tǒng)將地下水作為冷熱源，在夏季為建筑內(nèi)提供冷源（通過地下水將夏季建筑室內(nèi)的熱量傳輸至地下水中）和冬天提供熱源（冬季通過將恒溫地下水中的熱量傳輸至室內(nèi)）。土壤源熱泵系統(tǒng)利用埋于地下的換熱管從土壤中吸收冷熱量，并通過換熱器的循環(huán)介質(zhì)把吸收的冷熱量傳輸至熱泵機(jī)組，由熱泵機(jī)組的高效制冷制熱能力輸出高位冷熱量，實(shí)現(xiàn)不能直接利用低位能源向高位能源的轉(zhuǎn)換，為建筑物提供熱量和冷量。在供冷時(shí)，末端的熱量通過循環(huán)介質(zhì)將建筑內(nèi)的熱量傳遞至土壤中；在供暖時(shí)，末端供給熱量通過循環(huán)介質(zhì)將土壤中的熱量傳遞至室內(nèi)。

二、地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1 穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)

地能熱資源的溫度通常介于10℃ -20℃之間，不會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。夏季地能熱資源的溫度比外界環(huán)境溫度低，冬季地能熱資源溫度比外界環(huán)境溫度高，這種穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，能夠保證地源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。普通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命一般在10年左右，而地源熱泵系統(tǒng)的地下?lián)Q熱管網(wǎng)采用抗老化性能良好的高密度聚乙烯管材，使用壽命可達(dá)50年以上，且運(yùn)行安全可靠，大大降低了系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。

2 節(jié)能優(yōu)勢(shì)

地源熱泵系統(tǒng)利用儲(chǔ)藏于大地土壤中的能量作為能源，通過深埋于建筑物周圍的室外地能換熱系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換，以達(dá)到調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部環(huán)境溫度的空調(diào)系統(tǒng)。它既可以供暖也可制冷，還可以為建筑內(nèi)部提供生活熱水，運(yùn)行過程中以電能帶動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需其他人工熱源，是一種節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行成本低的空調(diào)技術(shù)。

3 環(huán)保和可再生優(yōu)勢(shì)

地源熱泵技術(shù)利用的是儲(chǔ)藏于地下的天然清潔能源，在熱泵機(jī)組工作過程中，除消耗少量的電能外，不再消耗其他任何燃料，故不會(huì)對(duì)地下土壤、水體和環(huán)境造成污染，這對(duì)高耗能、重污染的工程建設(shè)行業(yè)的節(jié)能減排工作意義重大。大地巖土層冬季放熱、夏季吸熱，存儲(chǔ)量巨大且可循環(huán)利用，是可持續(xù)發(fā)展的天然綠色能源。其次，熱泵系統(tǒng)不需要堆放燃料和廢物場(chǎng)地，從而節(jié)省了建筑空間，有利的促進(jìn)了環(huán)境保護(hù)和消防安全。地源熱泵技術(shù)以大地作為冷熱源，利用系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)密封于管路中的循環(huán)液流動(dòng)，使室內(nèi)環(huán)境和巖土層之間的進(jìn)行熱交換。不再利用鍋爐和鍋爐房，從根本上解決了燃油燃煤造成的大氣污染，大幅度的減少了因建筑采暖和空調(diào)系統(tǒng)所造成的二氧化碳排放，提高了能源利用率。同時(shí)也避免了因采暖和空調(diào)系統(tǒng)造成的水源浪費(fèi)。由此可見，熱泵技術(shù)是建筑制熱和制冷系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)適用的選擇方案。

三、地源熱泵系統(tǒng)的具體應(yīng)用

1 應(yīng)用類型

地源熱泵系統(tǒng)在供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用類型主要包括以下幾種：其一，地表水應(yīng)用類型，該種類型充分應(yīng)用江、河、湖等地表水資源，具有運(yùn)行可靠和穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、能耗低以及資源豐富等有點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中需要在淺水中安裝盤管設(shè)備，當(dāng)水面溫度發(fā)生變化后，很容易對(duì)機(jī)組的運(yùn)行效果產(chǎn)生影響。其二，地下埋管類型，該種類型包括豎直式埋管和水平式埋管兩種，對(duì)于豎直式埋管，具有電能消耗低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但是鉆井施工成本較高；對(duì)于水平式埋管，具有范圍大、安裝費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于能耗較大、占地面積廣，當(dāng)?shù)乇頊囟劝l(fā)生變化后，會(huì)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。其三，地下水直接用類型，該種類型具有占地面積小、實(shí)用性強(qiáng)、成本低等眾多優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要注意對(duì)地下水資源的保護(hù)。

2 應(yīng)用意義

地源熱泵技術(shù)應(yīng)用有著巨大的節(jié)能環(huán)保作用，熱泵技術(shù)可更加合理地運(yùn)用無(wú)污染或污染較小的低品位能源，這樣既可有效地節(jié)省一些礦物燃料，且可減少CO2、NO2 和SO2 等一些有害物質(zhì)的排放，這樣可將生態(tài)環(huán)境進(jìn)行一定的保護(hù)。如：電動(dòng)熱泵和傳統(tǒng)燃油鍋爐相比，在給用戶提供等同的熱量時(shí)，可將CO2 的排放量有效控制68% 以下，SO2 排放量有效控制在93% 以下，NO2 排放量有效控制在73% 以下。這樣不但減少了對(duì)大氣的污染，還有效緩解了城市的熱島現(xiàn)象。

3 具體應(yīng)用情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城鎮(zhèn)現(xiàn)有民用建筑總面積約為105億m2，預(yù)計(jì)到2020年底，民用建筑面積將達(dá)300億m2。到目前為止，符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑面積還不到5%，剩余部分均需在后期逐步進(jìn)行節(jié)能改造，國(guó)家初步計(jì)劃在未來(lái)5年，完成地源熱泵利用面積3.5億m2。另外，隨著氣候條件的變化，我國(guó)采暖區(qū)域也逐步由北向南推移，采暖面積也會(huì)因此大幅度增加，可見地源熱泵技術(shù)具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展空間。能源問題已經(jīng)受到國(guó)際社會(huì)的共同關(guān)注，節(jié)能減排和新能源開發(fā)利用成為了近年來(lái)接連召開的聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)的中心議題。全面促進(jìn)節(jié)能減排，大力推進(jìn)環(huán)境治理，成為我國(guó)發(fā)展過程中所面臨的主要問題?！笆逡?guī)劃”已明確提出，到2020年我國(guó)要實(shí)現(xiàn)單位GDP碳排放要比2015年下降40%～45%的奮斗目標(biāo)，充分顯示了我國(guó)政府堅(jiān)定不移地走綠色發(fā)展之路的信心和決心。

結(jié)語(yǔ)

積極推進(jìn)綠色能源的開發(fā)利用是人類生存和社會(huì)發(fā)展的需要，是科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)，地源熱泵技術(shù)憑借其節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用的先天優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家政策的支持下，必將會(huì)得以創(chuàng)新發(fā)展并煥發(fā)出勃勃生機(jī)，更會(huì)顯示出它良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷.“夏熱冬暖地區(qū)地源熱泵供熱制冷節(jié)能系統(tǒng)適應(yīng)性研究與規(guī)?；瘧?yīng)用”項(xiàng)目成果評(píng)價(jià)會(huì)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2016（04）：84.

[2]莊壽疆.綠色建筑的建筑節(jié)能技術(shù)與實(shí)施要點(diǎn)研究[J].低碳世界.2017（03）

（作者單位：江蘇德道天誠(chéng)土地房地產(chǎn)評(píng)估造價(jià)咨詢有限公司無(wú)錫分公司）