地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源

  地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱(chēng)地能，包括地下水、土壤或地表水等)。由于地熱溫度全年較為穩定，一般為10～25℃，其制冷或制熱工作性能系數均可達到3.5～4.4，與空氣源熱泵(空氣-空氣或空氣-水熱泵)相比，要高40%左右。因此，近五年來(lái)，地源熱泵空調系統在北美，如美國、加拿大及中北歐，如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，我國地源熱泵市場(chǎng)也正在日趨活躍。

 

  水源熱泵，夏季作“制冷機”應用時(shí)，通過(guò)冷卻塔與空氣進(jìn)行熱(濕)交換，最終的高溫熱匯，與空氣熱源熱泵一樣，仍為大氣。但其效率因利用空氣的特征——濕球溫度低于干球溫度，而高于空氣-空氣或空氣-水熱泵;可是，冬季作“熱泵”應用時(shí)，如該場(chǎng)合中，無(wú)廢熱可利用，又不利用太陽(yáng)能，則需另設輔助熱源，其效率又低于空氣-空氣或空氣-水熱泵。

 

  地源熱泵，其最終的高溫熱匯或低溫熱源均是地熱。只是在制冷工況時(shí)，以地熱為高溫熱匯，向地熱放熱;在制熱工況時(shí)，以地熱為低溫熱源，向地熱吸熱。地源熱源的不同形式，又使該類(lèi)熱泵之構成有所差異：如以地表水為熱源，可以直接(或間接——通過(guò)熱交換器)排放(或吸取)熱量;如以地下水為熱源，需設置取水井與回灌井排放(或吸收)熱量;如以土壤為熱源，需設置地下水平(或垂直)埋管排放(或吸取)熱量。因而，前二種形式比后一種形式，在初投資和施工，以及應用過(guò)程中熱量交換之速率上，都有一定優(yōu)勝，也是目前國內在很多地區正在實(shí)驗的形式。但是如果地下水應用不當，會(huì )造成地面下沉和地下水污染。土壤地源熱源除初投資和施工問(wèn)題外，城市土地緊缺，地下埋管不足，土壤傳熱性能又差，容易造成夏季土壤熱量難以散失，損及持久運行;冬季土壤熱量不易吸取與補充，土壤會(huì )形成凍結，破壞地下結構，損及建筑基礎。因而，地源熱泵的應用也是有一定地域與場(chǎng)合的限制。

 

  從制冷行業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展史看，以水為高溫熱匯的制冷機，先于以空氣為高溫熱匯的制冷機;以空氣為低溫熱源的熱泵，又先于以水為低溫熱源的熱泵;其后，才出現以地熱熱源為低溫熱源的熱泵。我國制冷空調制造行業(yè)基本也遵循上述過(guò)程發(fā)展的。

 

  中國最早在上世紀50年代，就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開(kāi)展了我國熱泵的最早研究，1965年研制成功國內第一臺水冷式熱泵空調機。目前，國內的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機構都在對水源熱泵進(jìn)行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過(guò)多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已建成數個(gè)示范工程。

 

  以水源(地源)熱泵產(chǎn)品切人家用與大中型中央空調市場(chǎng)，不僅為前幾年的實(shí)踐所證明是十分有效的措施，也是許多生產(chǎn)廠(chǎng)之未來(lái)打算。國內的水源熱泵制造廠(chǎng)商中清華同方人工環(huán)境設備公司、山東海陽(yáng)富爾達是比較早的水源熱泵制造廠(chǎng)家，但目前也有相當多的制冷空調廠(chǎng)家將其普通的水冷機組改造為水源熱泵。通過(guò)利用地下水這一大地耦合方式，采用抽水回灌方式節約能源。山東際高以蒸發(fā)冷凝方式，引進(jìn)瑞典專(zhuān)利技術(shù)，生產(chǎn)小型水冷冷水機組，在北方市場(chǎng)銷(xiāo)路良好。廣州中宇開(kāi)發(fā)水環(huán)路分離式水源(地源)熱泵空調系統，在兩廣與浙江地區得到廣泛應用。美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書(shū)，其中主要內容之一是“地源熱泵”，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調的商業(yè)建筑，以推廣運用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對煤炭和石油的依賴(lài)程度，從而達到能源資源多元化的目的。據稱(chēng)“華亭嘉園”即是此項目的應用。2000年6月19至23日在北京由國家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化司召開(kāi)了中美地熱泵技術(shù)交流會(huì )，會(huì )議的主題就是“提供運用地熱泵技術(shù)為住宅小區或公用樓宇采暖制冷，大幅降低運行費用的節能解決方案”的主題。

 

  在未來(lái)的幾年中，中國面臨著(zhù)巨大的能源壓力。一方面，中國的經(jīng)濟要保持較高速度的增長(cháng)，另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續發(fā)展問(wèn)題。所以要求提高能源利用效率，要求能源結構調整。能源利用效率提高，會(huì )鼓勵各種節能設備和技術(shù)的推廣，能源結構調整的方向就是從以煤為主轉為以燃氣，直至以電為主。在中國的能源消耗中，建筑耗能的比例相當高。為了適應市場(chǎng)要求和參加國際競爭，我們必須加快中國品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開(kāi)發(fā)。

 

  目前中國水源熱泵推廣應用中存在的問(wèn)題是：水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術(shù)的角度，尤其是熱泵機組的角度上看應當是相當成熟、沒(méi)有問(wèn)題的。但考慮到中國的國情，以及將水源熱泵制冷供暖作為一個(gè)整體的系統來(lái)推廣應用時(shí)，還是存在一些問(wèn)題：

 

  1) 水源的使用政策

 

  我國目前為了保護有限的水資源，制訂了《中華人民共和國水法》，各個(gè)城市也紛紛制訂了自己的《城市用水管理條理》。這些政策均強調用水審批，用水收費。而審批的標準中對類(lèi)似水源熱泵技術(shù)的要求沒(méi)有規定，所以水源熱泵很容易被用水指標所限制。即使通過(guò)了用水審批，由于有些地方將水源的抽取和排放兩次受費，受費的標準全國又不統一，所以結果可能導致水費偏高，使得水源熱泵的運行節能費用不足增加的水費，水源熱泵的經(jīng)濟性變查。

 

  所以水源熱泵的推廣需要政府從可持續發(fā)展的角度，綜合能源環(huán)保和資源各個(gè)方面的考慮，調整水源熱泵水源使用的政策，需重新確定水源如何管理和收費，才能促使其大規模的發(fā)展。

 

  2) 水源的探測開(kāi)采技術(shù)和費用

 

  在中國，目前對水源，尤其是城市水源的的探測開(kāi)采技術(shù)應當提高，水源熱泵的應用的前提之一就是必須了解當地的水源的情況，在水源熱泵使用的前期，必須實(shí)地對水源的狀況進(jìn)行調查，地下水量是否有水、水量是否會(huì )足夠，場(chǎng)地是否適合打井和回灌。而探測開(kāi)采的技術(shù)的提高和費用的降低，會(huì )推動(dòng)水源熱泵機組的更好應用。

 

  3) 地下水的回灌技術(shù)

 

  水源熱泵若利用地下水，必須考慮水源的回灌，對于回灌技術(shù)，必須結合當地的地質(zhì)情況來(lái)考慮，來(lái)考慮回灌技術(shù)方式。我們對不同地區的地質(zhì)結構了解的還不多，這也制約了水源熱泵機組的推廣使用。

 

  4) 整體系統的設計

 

  水源熱泵系統的節能作為一個(gè)系統，必須從各個(gè)方面考慮，如果水源熱泵機組可以做到利用較小的水流量提供更多的能量，但系統設計對水泵等耗能設備選型不當或控制不當，也會(huì )降低系統的節能效果。同樣，若機組提供了高的水溫，但設計的空調系統的末端未加以相應的考慮，也可能會(huì )使整個(gè)系統的效果變差，或者使得整個(gè)系統的初投資增加。所以，水源熱泵的推廣應用，需要更多的各個(gè)專(zhuān)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的人來(lái)共同努力共同配合，從政府政策、主機設計制造、系統的設計和運行管理等各個(gè)方面都來(lái)共同參與。