熱泵供暖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

田 暉

（成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計有限公司太原分公司，山西 太原 030002）

隨著時代的發(fā)展和進(jìn)步以及國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，我國的工業(yè)化、農(nóng)業(yè)化、城鎮(zhèn)化也加快了腳步，國家對于能源資源的需求量大大提高，我國的社會經(jīng)濟(jì)正在飛速的發(fā)展，與此同時也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題?，F(xiàn)如今，我國明確認(rèn)識到資源、能源、環(huán)境3 者之間的關(guān)系，因此國家也提出了相應(yīng)的節(jié)能減排政策，以此來推動節(jié)能減排工作的高效開展。伴隨節(jié)能減排的思想的普及，其中熱泵技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的使用和推廣，并取得了一定的成效。熱泵技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)有效的循環(huán)利用，從而有效節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動能源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

1 熱泵技術(shù)的概述

1.1 熱泵技術(shù)的定義

熱泵技術(shù)可以將低品位的能量轉(zhuǎn)化為高品位的能量，是一種“變廢為寶”的技術(shù)。與此同時，熱泵技術(shù)也是目前市場上存在的一種新型的節(jié)能技術(shù)。通常來說，熱泵技術(shù)是由市場上廣泛應(yīng)用的熱泵裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展的，是一種低溫余熱的節(jié)能技術(shù)。熱泵技術(shù)可以在節(jié)能減排中起到非常重要的作用，對我國的可持續(xù)發(fā)展的理念有所助力。因此為了能夠更好的利用熱泵技術(shù)，就需要對其有全面的了解，掌握熱泵技術(shù)的基本狀況。

1.2 熱泵技術(shù)的工作原理

簡單來說，熱泵技術(shù)就是通過熱泵裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展的，所以熱泵技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步也離不開水泵裝置的配合和原理支撐。水泵是把水從低處運送到高處的一種裝置。類比發(fā)現(xiàn)，熱泵技術(shù)可以將低溫的熱源可以轉(zhuǎn)化為高溫?zé)嵩?，這樣，熱泵技術(shù)就可以充分利用低溫余熱來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。此外，熱泵裝置是一種可以將不同的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移的裝置，所以說熱泵裝置就可以通過低溫?zé)嵩次諢崃?，然后通過吸收的低溫余熱傳送給高溫?zé)嵩匆恍崃俊Ｋ?，熱泵技術(shù)的工作原理就是利用熱泵裝置的內(nèi)部運行，將能量進(jìn)行有效的利用和轉(zhuǎn)化。這一舉措具有很重要的現(xiàn)實意義。

2 熱泵供暖技術(shù)

2.1 水（污水） 源熱泵

水源熱泵以其較高的供熱系數(shù)（COP），穩(wěn)定的生產(chǎn)工況參數(shù)，受到廣大使用者的好評。然而，水源熱泵利用地下淺表水，存在地下水源不足、水質(zhì)不穩(wěn)定、回灌不及時、對周圍建筑物有影響等問題，一度受到限制。但是可以從以下幾個方面仍可繼續(xù)使用水源熱泵。1） 以上限制條件得到滿足時；2） 通過特殊換熱裝置，直接利用污水水源；3） 利用污水處理后的中水；4） 以空氣源熱泵生產(chǎn)低溫水作為水源；5） 利用其他工業(yè)余熱等生產(chǎn)中、低溫水。

2.2 土壤源熱泵

土壤源熱泵是水源熱泵的另外一種形式。優(yōu)點是不用打井，缺點是地埋管投資較大，適用于低密度居住區(qū)。在使用上，土壤源熱泵必須冬夏兩用，否則，夏季容易形成“熱坑”，冬季形成“冷坑”，影響使用效果。在集中供熱中不建議采用。在無其他替代熱源的區(qū)域，如別墅等條件具備的地方，也可使用。

2.3 空氣源熱泵

近幾年，空氣源熱泵得到廣泛推廣。主要原因是安裝簡便，設(shè)備造價適中。經(jīng)過多年的改進(jìn)，空氣源熱泵可以在零下25℃時正常啟動工作，在低溫下仍可保持較高的供熱系數(shù)（COP 值），取得了較大進(jìn)步。但是，空氣源熱泵仍然存在如下問題：1） 寒冷天氣下，“越需要熱，越缺少熱”，COP 衰減很快；2） 寒冷天氣下，除霜頻次增加、且時間加長，影響供熱效果；3） 一般空氣源單機(jī)功率不高，需多模塊用于供熱，占地面積大；地方選擇要求通風(fēng)良好；由于噪音影響，選址須遠(yuǎn)離居民區(qū)；4） 空氣源熱泵露天安裝，維護(hù)保養(yǎng)要求提高，設(shè)備壽命受到影響；5） 包括水源熱泵在內(nèi)，空氣源熱泵要求供暖目標(biāo)建筑具備如下條件時，可保證供暖效果和運行經(jīng)濟(jì)性：①建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計單位建筑面積能耗45W/m2，要求墻體保溫、門窗選用隔熱材質(zhì)。②由于熱泵供水溫度較低，需選用地板采暖方式。以上要求，大大限制了空氣源熱泵的使用。以上要求，大大限制了空氣源熱泵的使用。

2.4 地源熱泵供暖技術(shù)的應(yīng)用

地源熱泵供暖技術(shù)中的地?zé)崮苤饕獊碓从跍\地層。對于該類淺地層能源的開發(fā)和應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)對冬季的供熱，同時，還可以在夏天提供制冷效果。地源熱泵供暖技術(shù)最早誕生于20 世紀(jì)40 年代，是由美國研究人員開發(fā)出來的，由于當(dāng)時的技術(shù)和條件限制，所以該技術(shù)并沒有得到廣泛的應(yīng)用和推廣。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，加之能源匱乏問題的日益嚴(yán)峻，地源熱泵供暖技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)步。目前我國地?zé)岜孟到y(tǒng)量高達(dá)5000 多個，對該技術(shù)的開發(fā)面積超過2×108m2，其中大部分集中在我國北方地區(qū)（東北及華北），被廣泛應(yīng)用于冬季供暖工作中。隨著社會的不斷發(fā)展，我國對于地源熱泵供暖技術(shù)加大了開發(fā)和研究力度，很多的信息化技術(shù)應(yīng)運而生，但是這些技術(shù)大部分都是商業(yè)性的探索，不具備系統(tǒng)化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所以實際應(yīng)用效果并不顯著。

2.5 CO2 熱泵技術(shù)

基于跨臨界CO2循環(huán)的高溫?zé)岜眉夹g(shù)，利用CO2超臨界狀態(tài)下的溫度滑移特性，可以把溫度為10℃的冷水直接加熱至90℃以上，且當(dāng)環(huán)境溫度為－25℃時，仍能可靠運行。CO2熱泵低溫環(huán)境下壓縮機(jī)采用升頻運行，能夠滿足寒冷地區(qū)供暖需求，供暖季的平均COP 達(dá)2.236，且供暖房間具有較好的舒適度。采用在氣體冷卻器冷水入口處混水的方法提高系統(tǒng)在低溫工況下的吸氣壓力，試驗結(jié)果表明采用混水方法不僅可保證低溫工況下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時可降低結(jié)霜頻率，延長系統(tǒng)運行時間。

3 熱泵供暖技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 水熱型地?zé)峁┡夹g(shù)的發(fā)展趨勢

我國水熱型地暖能源的含量相對豐富，尤其是中低溫水熱型地?zé)崮茉吹暮繕O多。依照有關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在沉積盆地中含有大量的水熱型地?zé)豳Y源，而我國的沉積盆地面積高達(dá)4.2×104km2，約占總國土面積的40%，在各個省內(nèi)均有分布，所以水熱型地?zé)豳Y源的開發(fā)具有非常大的潛力。然而在進(jìn)行水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)時，經(jīng)常出現(xiàn)砂巖回灌堵塞的技術(shù)難題，這也是制約我國水熱型地?zé)豳Y源進(jìn)一步開發(fā)的關(guān)鍵所在，是今后該技術(shù)研發(fā)的重點。

3.2 地源熱泵供暖技術(shù)的發(fā)展趨勢

地源熱泵供暖技術(shù)可以將較低的能源轉(zhuǎn)換為高效的熱量，這非常符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，有助于緩解我國目前能源匱乏的局面，所以對于該技術(shù)的研發(fā)應(yīng)給予高度重視。地源熱泵供暖技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1） 對城市地區(qū)的供暖，當(dāng)前主要采取集中供暖的方式。由于集中供暖主要是通過中小型鍋爐實現(xiàn)的，所以實際的供暖中往往面臨大量的能源消耗和環(huán)境污染，不符合綠色發(fā)展理念。而地源熱泵供暖技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這些問題，所以未來需要用該技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍋爐集中供暖。2） 我國北方地區(qū)，由于冬季氣溫較低，所以對于供熱方式的開發(fā)更加關(guān)鍵。在北方地區(qū)，通常存在很多干枯的地?zé)峋?，對此加以利用和開發(fā)，將有效降低能源的消耗。3） 地源熱泵供暖技術(shù)的應(yīng)用將朝著節(jié)能、環(huán)保及高效的方向發(fā)展，同時，結(jié)合信息化技術(shù)，提升信息化和自動化水平，以提高供暖的效率和質(zhì)量。

3.3 干熱巖供暖技術(shù)的發(fā)展趨勢

我國干熱巖資源儲量豐富，能夠被開采的干熱巖資源約占期總儲量的2%，約為水熱型地?zé)豳Y源總量的170 倍，干熱巖資源的開發(fā)具有非常大的空間。單從技術(shù)方面講，只要開采深度達(dá)到一定值，均可以開采到干熱巖，且不會受地域的制約。因此，我國只要擁有干熱巖開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)手段，干熱巖供暖技術(shù)將會在全國范圍內(nèi)被大量推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語

綜上所述，面對資源匱乏及環(huán)境污染問題，對當(dāng)前供暖方式的優(yōu)化顯得十分關(guān)鍵。地?zé)崮茏鳛橐豁椙鍧嵞茉?，將其?yīng)用于供暖工程中，具有重要的現(xiàn)實意義和價值，所以相關(guān)部門和企業(yè)需要引起足夠的重視，有效提升我國的供暖效率和質(zhì)量。