地源熱泵的特點(diǎn)和基本形式

  地源熱泵（區別于熱泵熱水器和太陽(yáng)能熱泵熱水器）技術(shù)是一種利用淺層地熱資源的既可供熱又可制冷的高效節能的空調技術(shù)。熱泵的理論基礎源于卡諾循環(huán)，與制冷機相同，是按照逆循環(huán)工作的。由于全年地溫波動(dòng)小，冬暖夏涼，因此地熱可分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即冬季從土壤中采集熱量，提高溫度后供給室內采暖；夏季從土壤中采集冷量，把室內多余熱量取出釋放到地能中去。地源熱泵主要有以下幾種形式：

 

  (1)地下水熱泵：為開(kāi)放系統。該系統占地面積小，非常經(jīng)濟。它要求保證機組正常運行的穩定水源，溫度范圍在7—21℃，需要打井，為保持地下水位需要注意回灌，從而不破壞水資源。

 

  (2)河湖水源熱泵：為開(kāi)式或閉式系統。該系統投資小，水系統能耗低，可靠性高，且運行費用低，但盤(pán)管容易被破壞，機組效率不穩。

 

  (3)土壤熱泵：為閉式系統。垂直埋管系統占地面積小，水系統耗電少，但鉆井費用高；水平埋管安裝費用低，但占地面積大，水系統耗電大。

 

  2地源熱泵伏于傳統空調的特性

 

  2.1在技術(shù)方面

 

  (1)傳統的空調系統不論是水冷還是風(fēng)冷，由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中，因此會(huì )對建筑造型造成不好的影響，破壞建筑的外觀(guān)；而地源熱泵把換熱器埋于地下，且遠離主建筑物，故不會(huì )對其造型產(chǎn)生影響。

 

  (2)風(fēng)冷換熱器與水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣，故不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響，會(huì )明顯降低換熱效率；而地源熱泵換熱器是和大地換熱，換熱對象是1m以下的地層，其初始溫度大約等于年平均溫度，基本不受外界環(huán)境的影響。這種溫度特性使地源熱泵比傳統空調運行效率要高40％～60％。

 

  (3)普通空調對環(huán)境的影響是很?chē)乐氐?，它不僅對臭氧層造成嚴重的破壞和產(chǎn)生令人難以忍受的噪音，還由于夏季將廢熱排入大氣，冬季吸收大氣中的熱量而使大氣、住宅周?chē)沫h(huán)境更加惡劣；而地源熱泵可以利用大地的蓄熱能力，把夏季多余的排入大地的熱能在冬季取用，把冬季多余的冷能在夏季取用，以達到冬夏兩季室內的供暖與供冷。同時(shí)該裝置的運行幾乎沒(méi)有排放物和廢棄物，所以不僅對大氣沒(méi)有影響，還能使大地不至于過(guò)冷和過(guò)熱。

  2.2在經(jīng)濟方面

 

  (1)影響地源熱泵使用經(jīng)濟性的因素很多，如國家能源政策、環(huán)保政策、電與燃料價(jià)格、建筑環(huán)境、使用者和氣候條件等。根據我國目前的現狀，由于這些方面的因素而導致的運行費還有待進(jìn)一步研究，難以獲得準確的結論，但是可以借鑒美國等發(fā)達國家的經(jīng)驗，世界環(huán)境保護組織在一份有關(guān)空調未來(lái)的報告中得出結論：設計安裝良好的地源熱泵，可以節約30％～40％甚至更高的供熱制冷空調的綜合運行費用。

 

  (2)由于技術(shù)方面的優(yōu)勢，可以節省運行費用40％～60％。

 

  (3)地源熱泵系統還可以集采暖、空調制冷和提供生活熱水于一身?！?a href="http://keyinmall.com/t/熱泵系統.html" >熱泵系統可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和生活熱水加熱的三套裝置或系統，從而也增加了經(jīng)濟性。由此可得出結論：地源熱泵系統雖然由于室外部分比較復雜，初次投資高于普通空調系統，但普通空調的運行費用遠高于地源熱泵系統，—般州年時(shí)間就可以將增加的初次投資回收。

 

  普通空調壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強度惰件材料，埋地壽命至少50年。因此，從使用壽命和運行費用來(lái)考慮，地源熱泵系統的經(jīng)濟性是高于普通空調系統的。

 

  中國長(cháng)江流域及其周邊地區有幾個(gè)省市，是中國經(jīng)濟高速發(fā)達的地區，面積為180000km2，人口為5.5億，國民生產(chǎn)總值約占全國的48％，是一個(gè)人口最密集，經(jīng)濟、文化比較發(fā)達的地區。按照我國建筑氣候劃分，該地區屬于“夏熱冬冷”地區。即夏季氣候I：q熱，最熱月平均溫度為25～30℃且以28～30℃居多，多數地方高于35℃的酷熱天氣長(cháng)達半個(gè)月至一個(gè)月，比世界上同緯度其他地區高出2℃左右，是地球上這個(gè)緯度范圍內除沙漠干旱地區以外最炎熱的地區，而且相對濕度經(jīng)常高達80％左右；冬季潮濕寒冷，最冷月平均溫度為2～7℃，大多數在2～5℃之間，是地球上同緯度冬季最寒冷的地區。長(cháng)江中下游沿岸及以北一帶，日最低氣溫低于5℃的天數長(cháng)達兩個(gè)月甚至三個(gè)月的時(shí)間，且相對濕度仍然很高，達73％～83％。因此該地區供冷和供暖大致相當，冷暖負荷基本相同，故適合在該地區推廣地源熱泵技術(shù)，從而充分發(fā)揮地下蓄能的作用。

 

  長(cháng)江流域及其周?chē)貐^人口集中，能源消耗量大，污染問(wèn)題突出。而且本地區能源資源相對比較匱乏，能源供給形勢嚴峻。因此從節約能源，改善能源結構和保護環(huán)境這些問(wèn)題考慮，也應該推廣熱泵這項節能技術(shù)。

 

  3展望與建議

 

  (1)長(cháng)江流域及其周邊地區具有豐富的低溫環(huán)境資源，而且氣候條件是冬寒夏熱，需要較多的供熱和空調裝置。因此在該地區地源熱泵技術(shù)具有廣闊的推廣和應用前景。加速研究，大力發(fā)展熱泵節能技術(shù)，必將促進(jìn)自然資源的合理利用，實(shí)現我國可持續發(fā)展戰略。

 

  (2)影響土壤源熱泵廣泛應用的主要原因是對土壤源熱泵發(fā)展核心技術(shù)問(wèn)題的研究和認識還很有限。據國際最新研究動(dòng)態(tài)表明，它的核心技術(shù)問(wèn)題是地埋式換熱器的傳熱強化、土壤源熱泵系統仿真及最佳匹配參數的研究。另一個(gè)主要原因是土壤源熱泵自身存在的缺點(diǎn)：地埋換熱器受土壤性質(zhì)影響較大；連續運行時(shí)，熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度變化的影響而發(fā)生波動(dòng)；土壤導熱系數小，使地埋換熱器的面積較大等。因此，國家有關(guān)部門(mén)應加強對熱泵核心技術(shù)的研究，并能提供一系列經(jīng)濟激勵措施，來(lái)鼓勵用戶(hù)采用地源熱泵系統。

 

  (3)研究土壤源熱泵還存在以下幾個(gè)有待解決的問(wèn)題：關(guān)于埋地盤(pán)管的數學(xué)模型和土壤熱場(chǎng)特點(diǎn)的理論研究還不夠深入，仍處于試驗階段；由于它涉及鉆探工程，使施工困難，系統投資比較大。因此在熱泵技術(shù)開(kāi)發(fā)應用中應通過(guò)熱泵的批量生產(chǎn)和技術(shù)改進(jìn)來(lái)降低成本，使熱泵技術(shù)的優(yōu)越性更加突出。

 

  (4)我國有關(guān)地源熱泵的現成技術(shù)資料不多，缺少這方面的設計、生產(chǎn)、安裝和維護人員，而且生產(chǎn)相關(guān)設備的廠(chǎng)家少，因此應增加技術(shù)資金的投入和相關(guān)技術(shù)人才的培養。同時(shí)向世界上熱泵技術(shù)比較發(fā)達的國家學(xué)習，但在學(xué)習過(guò)程中應注意：由于我國氣候條件與那些國家的氣候條件不同，因此我們不能照搬外國的技術(shù)成果，而應注意吸收國外正反經(jīng)驗，合理布局，穩步發(fā)展，在條件相對成熟的地區多進(jìn)行試驗和總結。