簡述地源熱泵節(jié)能的應(yīng)用

俞海燕

摘 要 地源熱泵作為建筑物供暖及制冷新技術(shù)，既保護(hù)環(huán)境又節(jié)約能源。其能量轉(zhuǎn)換效率高，運(yùn)營成本低，改善了夏熱冬冷地區(qū)建筑熱條件。本文介紹了地源熱泵的分類，發(fā)展的現(xiàn)狀問題及前景，探索科學(xué)節(jié)能途徑策略，使其在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)方面做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 地源熱泵;節(jié)能;策略

1什么是地源熱泵

地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)幔瓤晒嵊挚芍评涞母咝Ч?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。在冬季，能將地表中熱能“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖;夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，重新釋放到地下去。由于地源熱泵的熱源來源于地下，溫度相對穩(wěn)定，它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調(diào)”[1]。

2地源熱泵的發(fā)展趨勢

美國的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。中北歐的瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國家，地源熱泵（土壤換熱器）技術(shù)利用處于領(lǐng)先地位，地埋管土壤換熱器熱泵得到廣泛的應(yīng)用。在目前節(jié)能和環(huán)保的潮流下，中國的地源熱泵市場也日趨活躍， 孕育而生各種地源熱泵的相關(guān)產(chǎn)業(yè)。從而也呼吁各種配套的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施細(xì)則。

3地源熱泵的分類及其特點(diǎn)

地源熱泵根據(jù)地?zé)嵩吹姆N類和方式：①土壤源熱泵 GSHP。土壤源熱泵以大地作為熱源，熱泵的換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行冷熱量交換。根據(jù)地下?lián)Q熱器的布置形式，主要分為垂直埋管，水平埋管和蛇行埋管三類（其中蛇行埋管是盤管水平埋地式）。對于垂直式埋管，其優(yōu)點(diǎn)：占用面積較小，管路及水泵用電少，缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高;對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：室外埋管安裝費(fèi)用低。缺點(diǎn)是占地面積大，換熱效果不如垂直埋管。②地下水熱泵系統(tǒng)GWHP。土壤源熱泵得到發(fā)展以前，歐美國家最常用的地源熱泵系統(tǒng)就是地下水系統(tǒng)。地下水熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢是造價要比土壤源熱泵系統(tǒng)低。但由于部分地區(qū)大量使用地下水，造成路陷樓塌安全隱患大;有些未經(jīng)處理的回水流入地下，對地下水形成污染，所以有些地方法規(guī)已禁止抽取或回灌地下;可供合理利用的地下水量有限;③地表水熱泵系統(tǒng)SWHP。地表水熱泵系統(tǒng)主要有開路和閉路系統(tǒng)，包括使用江、河、湖中的地表水。地表水熱泵系統(tǒng)具有相對造價低，泵耗能低，維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)，但是，必須保證足夠的水量及水體深度，否則可能造成熱泵效率降低[2]。

4地源熱泵發(fā)展障礙

（1）地源熱泵系統(tǒng)地下施工最大。初期投資遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，投資回收期長。在應(yīng)用地源熱泵的開發(fā)項(xiàng)目中，施工過程較傳統(tǒng)暖通方案的施工周期長，時間成本消耗大。

（2）區(qū)域性明顯。受氣候和地理?xiàng)l件影響，地源熱泵在我國長江黃河流域、東北、西北、華北等對冷熱量需求較大的地區(qū)較適用，全年冷熱量能達(dá)到最佳平衡狀態(tài)。區(qū)域性較明顯，相對來說華中，西南，西北等地區(qū)應(yīng)用有限制。

（3）我國地源熱泵行業(yè)產(chǎn)品行為產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚不完善。目前很多地源熱泵主機(jī)生產(chǎn)制造商尚不能提供整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，造成機(jī)組節(jié)能而系統(tǒng)節(jié)能效果差的局面。此外存在設(shè)備、材料、施工各個環(huán)節(jié)都沒有明確的規(guī)范細(xì)則，標(biāo)準(zhǔn)缺失，項(xiàng)目的建設(shè)及運(yùn)營監(jiān)管不嚴(yán)格。

5地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用案例

（1）工程概況。某會所建筑面積約為10000m2，地下一層，地上一層，其中地下建筑面積為3000m2，空調(diào)面積為1620m2，包含游泳池，健身房、瑜伽房、球室、教室、物管辦、閱覽室、更衣室及休閑區(qū)。 設(shè)計(jì)范圍：空調(diào)冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，泳池區(qū)恒溫恒濕系統(tǒng)設(shè)計(jì)、供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、泳池區(qū)、沐浴間、更衣室、瑜珈室地暖設(shè)計(jì)。

（2）方案設(shè)計(jì)。方案采用地源熱泵+三合一（集加熱，空調(diào)及泳池除濕于一體的專用泳池除濕地源熱泵機(jī)組）熱泵機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)，由于空調(diào)總體熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于空調(diào)冷負(fù)荷，由此需要按熱負(fù)荷選型，同時使用系數(shù)要求，經(jīng)對比采用了2臺全熱回收地源熱泵機(jī)組，單臺制冷量241.5kW，制熱量203.6kW，全熱回收量203.6kW。三合一熱泵機(jī)組負(fù)荷選用送風(fēng)量為25000m3/h，除濕量為87.5kg/h，熱回收量135kW，功率40kW的機(jī)組。室內(nèi)淋浴系統(tǒng)的熱水負(fù)荷來自機(jī)組的全熱回收，可用于游泳池水溫的加熱。2臺地源熱泵機(jī)組按排熱換熱率55w/m，吸熱換熱率43w/m，有效井深100m計(jì)算，最大打井?dāng)?shù)為106口井，考慮一定余量使用112口井基本上能滿足2臺地源熱泵機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時換熱量?？照{(diào)的控制方案：①空調(diào)水系統(tǒng)供回水采用壓差控制：根據(jù)供回水總管壓差，比例控制旁通管上的電動調(diào)節(jié)閥，以保證供回水總管壓差的恒定。②三合一熱泵機(jī)組的控制：通過設(shè)在回風(fēng)管處的溫度傳感器和濕度傳感器，把所檢測的溫度和濕度與控制器設(shè)定溫度和濕度相比較，輸出信號，自動控制熱泵機(jī)組，使送風(fēng)溫度和濕度恒定在一定范圍內(nèi)，以節(jié)省能量。③全熱回收地源熱泵機(jī)組的控制：熱回收地源熱泵機(jī)組自帶控制系統(tǒng)，其控制根據(jù)所設(shè)定的供回水溫度傳感器把所測的溫度與控制器設(shè)定點(diǎn)溫度相比較，輸出信號，控制機(jī)組的負(fù)荷變化及壓縮機(jī)的啟停。模式轉(zhuǎn)化由機(jī)組根據(jù)運(yùn)行指令執(zhí)行。④游泳池池水加熱控制：采用三合一熱泵機(jī)組加熱則熱泵機(jī)組內(nèi)部自控處理。⑤專用除濕空調(diào)箱機(jī)組控制：通過設(shè)在游泳館回風(fēng)口處的溫度和濕度傳感器，把所檢測的溫度和濕度與控制器設(shè)定值相比，輸出信號，分別控制設(shè)在冷凍水和熱水回水管上的二個電動調(diào)節(jié)閥，從而使游泳館內(nèi)的送風(fēng)溫度和濕度恒定在一定范圍內(nèi)。

6優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工技術(shù)特色和節(jié)能措施

相對于風(fēng)冷熱泵機(jī)組及三合一空調(diào)熱泵機(jī)組，采用除濕空調(diào)箱對游泳館進(jìn)行除濕和空氣加熱，最大限度地發(fā)揮了地源熱泵的節(jié)能優(yōu)勢，并且大大降低了投資費(fèi)用，完全符合節(jié)能，環(huán)保、節(jié)省投資的綠色理念。

7結(jié)束語

綜上所述，地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于建筑節(jié)能越來越受到重視。該技術(shù)不需要人工冷熱源，不需燃?xì)夂兔旱葌鹘y(tǒng)熱源，采用少量電能即可滿足建筑供熱，供冷，供生活熱水的需要，具用清潔、節(jié)能和經(jīng)濟(jì)可行，在辦公樓，學(xué)校、別墅住宅等各種民建，公建項(xiàng)目中都有很成功的應(yīng)用實(shí)例，發(fā)展前景良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 牛勐.地源熱泵節(jié)能分析[J].科技視界，2014（3）：112-113.

[2] 劉婷婷.夏熱冬冷地區(qū)地表水地源熱泵供暖的節(jié)能性及經(jīng)濟(jì)性[J].暖通空調(diào)，2014（6）：33-37.