摘要：地源熱泵系統(tǒng)的能量來源于地下能源。它不向外界排放廢氣、廢水、廢渣, 是一種理想的“綠色空調(diào)”, 被認(rèn)為是目前可使用的對(duì)環(huán)境最友好和最有效的供熱、供冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)無論嚴(yán)寒地區(qū)或熱帶地區(qū)均可應(yīng)用本文探討了地源熱泵技術(shù)的特點(diǎn)及運(yùn)用。 

　　關(guān)鍵詞：地源熱泵；技術(shù)；節(jié)能；應(yīng)用 

　　中圖分類號(hào)： TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 

　　地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過多年的研究，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，而且經(jīng)過多次的示范實(shí)踐，肯定其具有節(jié)約能源、性能穩(wěn)定、清潔安全等優(yōu)點(diǎn)，雖然其初投資比常規(guī)采暖空調(diào)系統(tǒng)大，但可以大大節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。據(jù)世界環(huán)保組織估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均可節(jié)約用戶30%～40% 的采暖空調(diào)運(yùn)行費(fèi)，因此它將成為大有發(fā)展前景的采暖空調(diào)技術(shù)。 

　　一、地源熱泵技術(shù)的工作原理 

　　地源熱泵技術(shù)是一種利用地球表面淺層的地?zé)崮苜Y源進(jìn)行供熱、制冷的高效、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的電能，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿霓D(zhuǎn)移。工作原理見圖1，地?zé)崮茉诙�季作為熱泵供熱的熱源；在夏季作為熱泵制冷的熱匯。 即在冬季，把地?zé)崮苤械臒崃?ldquo;取”出來，提高溫度后，向室內(nèi)供給熱量；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，“排放” 到地下可緩解城市熱島效應(yīng)，通常熱泵消耗1 k w 的能量用戶可以得到今5 kw 的熱量或冷量。 　 

　　1-壓縮機(jī); 2-蒸發(fā)器; 3-冷凝器; 4-節(jié)流閥;5 ～ 12-閥門; 13-風(fēng)機(jī)盤管; 14-埋地?fù)Q熱器 

　　圖1地源熱泵技術(shù)的工作原理 

　　二、地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn) 

　　1、 節(jié)能、高效 

　　地溫一年四季基本恒定在16℃左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點(diǎn)。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在提供100單位能量的時(shí)候，70%的能量來源于土壤，30%的能量來自電力，用于將土壤中的熱量“搬運(yùn)”至室內(nèi)。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70―90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)換為熱量供用戶使用，而地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)4.7，因此它要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量，其運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50―60%。 

　　2、節(jié)省建筑空間、便于運(yùn)行管理地源熱泵沒有冷卻塔和其它室外設(shè)備，省去了鍋爐房、冷卻塔及附屬的煤場(chǎng)、渣場(chǎng)所占用的寶貴面積，節(jié)省了空間和地皮，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象。熱泵機(jī)組質(zhì)量可靠，沒有大型的集中機(jī)組，無需專人值守，大大減少維修、維護(hù)費(fèi)用，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組獨(dú)立計(jì)費(fèi)，分戶計(jì)量，方便業(yè)主對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理。 

　　3、 綠色、環(huán)保、無污染 

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在冬季供暖時(shí)，不需要鍋爐，無燃燒產(chǎn)物排放，可大幅度降低溫室氣體的排放，既保護(hù)了環(huán)境，又可遵守《全球氣候公約》。在夏季制冷時(shí)也是將熱量轉(zhuǎn)移到地下，沒有任何氣體排放到大氣中，如果得到廣泛應(yīng)用將可以大大降低溫室效應(yīng)，減緩全球變暖的進(jìn)程。 

　　4、低運(yùn)行費(fèi)用 

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的低運(yùn)行費(fèi)用。其維修量極少，使用壽命和建筑物同期，折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都大大低于傳統(tǒng)空調(diào)。由于自動(dòng)化程度高，無需專業(yè)人員操控。一般來說，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的供暖和制冷費(fèi)用只相當(dāng)于普通空調(diào)系統(tǒng)供暖和制冷費(fèi)用的30―70%。 

　　5、應(yīng)用靈活、安全可靠、用途廣泛 

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，―套地源熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)�？捎糜谛陆üこ袒驍U(kuò)建、改建工程，可逐步分期施工。熱泵機(jī)組可靈活地安置在任何地方，節(jié)約空間。同時(shí)，地源熱泵無儲(chǔ)煤、儲(chǔ)油罐等衛(wèi)生及安全隱患。因此，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用，可為辦公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、商店、超市、幼兒園、別墅、居民小區(qū)等各類建筑物提供冷暖兩用空調(diào)系統(tǒng)，并可同時(shí)提供生活熱水 

　　三、地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 

　　1、地源熱泵的社會(huì)效益 

　　我國的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料燃燒后產(chǎn)生的大量污染物，是造成溫室效益的主要原因。采取地源熱泵能夠有效減少常規(guī)供熱和空調(diào)對(duì)大氣的污染，是一項(xiàng)利國利民的綠色工程。 

　　2、地源熱泵的經(jīng)濟(jì)效益 

　　地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。根據(jù)以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，由于地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用低，增加的初投資可在5～10（年限有待考證）年內(nèi)收回，地源熱泵系統(tǒng)在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)的平均費(fèi)用將低于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。同時(shí)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性取決于多種因素。不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件，不同能源結(jié)構(gòu)及價(jià)格等都將直接影響到其經(jīng)濟(jì)性。 

　　三、地源熱泵的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用 

　　1、 關(guān)于地下水源開采、回灌和土壤換熱器的比較 

　　近幾年來地源熱泵的部分形式是地下水源開采---回灌形式的水源熱泵系統(tǒng)。這種形式面臨的最大問題是回灌問題。華北、華東地區(qū)的地下水位下降， 地面沉降問題一直很嚴(yán)重，多年來面臨嚴(yán)重的地沉問題，在利用向地下回灌來控制地面沉降的技術(shù)已用多年，積累了很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。地源熱泵土壤換熱器有多種形式，如水平埋管，豎直埋管等。這兩種埋管型式各有自身的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境，在中國采用豎直埋管更顯示出其優(yōu)越性。節(jié)約用地面積，換熱性能好，可安裝在建筑物基礎(chǔ)、道路、綠地、廣場(chǎng)、操場(chǎng)等下面而不影響上部的使用功能，甚至可在建筑物樁基中設(shè)置埋管，見縫插針充分利用可利用的土地面積。采用豎直埋管的土壤換熱器形式，不用開采和回灌地下水，沒有破壞自然環(huán)境的擔(dān)憂。另外的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全，沒有需要更新和維修潛水泵的煩惱。 

　　2、冬季避免采用防凍液介質(zhì) 

　　很多資料中介紹了防凍液的種類、性能等。在我國華北及以南區(qū)域，因?yàn)榈叵聹囟炔皇呛艿�，只要設(shè)計(jì)足夠的土壤換熱器數(shù)量，可以在使用水作為介質(zhì)的情況下滿足需要。盡量不使用防凍液，避免使用不慎造成環(huán)境問題和因溫度太低降低熱泵效率。 

　　3、系統(tǒng)的管材必需采用高強(qiáng)度惰性材料 

　　土壤換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要保證水系統(tǒng)平衡，避免采用室外閥門調(diào)節(jié)的方式。 

　　4、關(guān)于豎直埋管埋設(shè)單U 型或雙U 型管的問題 

　　從工程實(shí)踐中看，總體來說單U 型管方式優(yōu)于雙U 型管方式，但是同樣的換熱量單U 型管需要更多的孔數(shù)而增加了建設(shè)成本。 

　　5、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)討論 

　　關(guān)于( 冷) 熱源側(cè)水流量，要由最大得熱量和最大釋熱量確定的。埋管中水流速的選取取決于埋管循環(huán)流程長度，埋管材料，管徑大小，當(dāng)?shù)氐卦礂l件以及機(jī)組的特性要求。一般， 如提高水流速度可適當(dāng)增加換熱系數(shù)，強(qiáng)化換熱量，減小換熱面積和換熱管的耗材，但流速太快會(huì)增加循環(huán)水泵能量消耗。一般可取流速為0.65~ 1. 5m/s。具體可當(dāng)?shù)貤l件進(jìn)行優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)其復(fù)合能耗與埋管長度、埋管材料、管徑、地源溫度、地源熱指標(biāo)、機(jī)組特性等因素有關(guān)。在機(jī)組選擇上，設(shè)定地埋管進(jìn)水溫度，根據(jù)測(cè)井測(cè)出的進(jìn)出水溫差推算出地埋管出水溫度，進(jìn)而確定熱泵機(jī)組冬季的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度�？傊�，我國幅員遼闊，在不同地區(qū)氣候條件差異很大，其負(fù)荷也迥然不同。因此不能照搬國外的技術(shù)成果，而要開發(fā)適合我國氣候特點(diǎn)的技術(shù)。 

　　隨著人們環(huán)保意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的不斷增強(qiáng)，在空調(diào)領(lǐng)域?qū)ふ仪鍧嵖稍偕�能源正日益成為研究熱點(diǎn)。地源熱泵作為新型可再生能源。很好地滿足了節(jié)能的需求，具有供能穩(wěn)定可靠。不受燃料短缺和價(jià)格波動(dòng)影響等特殊優(yōu)勢(shì)。并且具有非常明顯的清潔環(huán)保性能減排效果顯著。經(jīng)過多年的實(shí)踐，地源熱泵在空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)節(jié)能與環(huán)保性能已經(jīng)在諸多工程中得到了驗(yàn)證，具有廣闊的發(fā)展前景。 

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