淺談地源熱泵節能技術(shù)

    1、前言

 

    近年來(lái)，隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，改善建筑熱舒適條件已成為一個(gè)比較突出的要求。空調作為目前改善建筑熱舒適條件的工具，然而，隨著(zhù)空調設備的日益普及，建筑耗能量勢必將迅猛增加，對大氣環(huán)境的污染也將日趨嚴重。如何在建筑熱舒適條件得到改善的條件下把建筑耗能量減下來(lái)，減輕對大氣環(huán)境的污染，成了暖通界人士首當其沖需要解決的問(wèn)題?，F階段，在保證建筑熱舒適使用功能不降低的情況下，我們應采取各種有效的技術(shù)和管理措施，把新建房屋建筑的能耗較大幅度地降下來(lái)，對原有建筑物有計劃地進(jìn)行節能改造，達到節省能源、保護環(huán)境和提高人民生活質(zhì)量的目的。地源熱泵作為一種有益環(huán)境、節約能源和經(jīng)濟可行的建筑物供暖及制冷新技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。它是利用地下相對穩定的土壤溫度，通過(guò)媒介質(zhì)來(lái)獲取土壤內冷（熱）能量的新型裝置，可一年四季方便地調節建筑內的溫度。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉換，幾乎是一種能量的“搬運”過(guò)程，因而其能量轉換效率高、運營(yíng)成本低。

 

    2、地源熱泵的工作原理及其節能特性

 

    2.1地源熱泵的工作原理

 

    地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來(lái)，供給室內采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。

 

    熱泵利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源，可以稱(chēng)之為“地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。此外，冬季通過(guò)熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時(shí)使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通過(guò)熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時(shí)在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進(jìn)一步提高了空調系統全年的能源利用效率。  地源熱泵（制冷機）是通過(guò)作功使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置。建筑的空調系統一般應滿(mǎn)足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統的空調系統通常需分別設置冷源（制冷機）和熱源（鍋爐）。建筑空調系統由于必須有冷源（制冷機），如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節省了初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，大大減輕了供暖造成的大氣污染問(wèn)題。

 

    2.2地源熱泵的節能特性

 

    地源熱泵系統能充分利用蘊藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環(huán)再生，實(shí)現對建筑物的供暖和制冷。因而運行費用較低。  地源熱泵比風(fēng)冷熱泵節能40%，比電采暖節能70%。比燃氣爐效率提高48%。所需制冷劑比一般熱泵空調減少50% 。

 

    通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶(hù)可以得到4kW以上的熱量或冷量。與鍋爐（電、燃料）供熱系統相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內能為熱量，供用戶(hù)使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省約二分之一的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數可達4.0～ 4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60％。

 

    地源熱泵供熱空調系統是目前世界上最先進(jìn)的綠色空調系統。熱泵供熱空調系統的工作原理是利用環(huán)境（空氣、水和大地）中的低品位熱量，經(jīng)熱泵機組的工作而改變溫度，進(jìn)而實(shí)現對建筑物的供熱和空調，同時(shí)還可以提供生活熱水。

 

    地源熱泵系統通過(guò)循環(huán)液在封閉的地下埋管中流動(dòng)，實(shí)現系統與大地之間的換熱，利用大地巖土層中的可再生熱能。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，與室外氣溫相比是冬暖夏涼，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。在熱泵機組中消耗1kW的電能可以得到4kW以上的熱量，即能效比大于4。此外，它保持了地下水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)。因此它是一種可持續發(fā)展的建筑節能新技術(shù)。

 

    3、地源熱泵獨特的優(yōu)越性

 

    3.1、屬可再生能源利用技術(shù)

 

    地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉換的供暖空調系統。地表淺層地熱資源可以稱(chēng)之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47％的太陽(yáng)能量，比人類(lèi)每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

 

    3.2、屬經(jīng)濟有效的節能技術(shù)

 

    地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高40%，因此要節能和節省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經(jīng)濟性。設計安裝良好的地源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節約用戶(hù)30～40％的供熱制冷空調的運行費用。

 

    3.3、環(huán)境效益顯著(zhù)

 

    系統運行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區內，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠距離輸送熱量。首先，地源熱泵系統不直接消耗煤或燃油、天然氣等礦物燃料，沒(méi)有任何直接排放的污染物；其次，地源熱泵將室內的熱量轉移到地下土壤中存放，從源頭上根除了空調系統對城市熱島的影響；再次，高效的地源熱泵系統采用非常嚴格的控制系統，實(shí)現了能量輸出和建筑物能量需求的直接對應，減少了剩余能量的損耗；第四，高效的地源熱泵系統，輸出同等量的有用能量，僅僅消耗30-60%的電功率，高效的一次能源利用率，是地源熱泵系統環(huán)保效果的最直接原因。

 

    地源熱泵系統省去鍋爐和鍋爐房，全年僅采用電力這種清潔能源，徹底解決了鍋爐造成的大氣污染的問(wèn)題。由于提高了能源的利用效率，大大減少了由于建筑供熱空調產(chǎn)生的CO2的排放量。同時(shí)避免了地下水源熱泵系統可能造成的對地下水的浪費和污染。它是一種清潔的可再生能源，具有極大的環(huán)境效益。

 

    3.4、一機多用，應用范圍廣

 

    地源熱泵系統可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來(lái)的鍋爐加空調的兩套裝置或系統；可應用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調。此外，機組使用壽命長(cháng)，均在15年以上；機組緊湊、節省空間；維護費用低；自動(dòng)控制程度高，可無(wú)人值守。

 

    4、結束語(yǔ)

 

    地源熱泵系統可實(shí)現對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統。系統緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節省建筑空間，也有利于建筑的美觀(guān)。地源熱泵系統的另一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節能的優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高約40-60%。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，整個(gè)系統的維護費用也較鍋爐－制冷機系統大大減少，保證了系統的高效性和經(jīng)濟性。

 

    在建筑空調系統中采用地源熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續發(fā)展的建筑節能新技術(shù)。地源熱泵（地下耦合熱泵系統）適用范圍廣，運行費用低，節能和環(huán)保效益顯著(zhù)?？照{和供熱已成為普通百姓的需求，并逐漸向農村和南方擴展，市場(chǎng)前景很好。通過(guò)政府部門(mén)、科研機構和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國外的成功經(jīng)驗，我國的地源熱泵應用將得到較快的推廣和發(fā)展。