淺析市政兩聯供與地源熱泵的優劣比較及發展前景

摘要：針對目前合肥地區高檔小區空調系統的流行趨勢，結合市政兩聯供與地源熱泵系統在實際項目建設中的應用，比較兩大系統之間的優劣，指出地源熱泵技術節能、環保，有利于解決我國能源短缺的局面，有利于中國能源利用結構的轉變和可持續發展戰略的實施。

關鍵詞：溴化鋰機組 地源熱泵 能耗 環保 成本

0 引言

我國自從50年代就已經開始了熱泵的研究工作，但一直發展緩慢，進入90年代后，隨著城市開放和消費水平的日益提高，空調機及加熱產品迅速進入了家庭，能源供應緊張問題突出，節能及有效利用能源的工作刻不容緩。由于熱泵技術具有環保節能，以及利用可再生能源等特點，隨著我國能源利用結構的轉變和可持續發展戰略的實施，熱泵的應用將顯現出勃勃生機。

目前合肥地區有許多新建的高檔小區都進行集中供暖、供冷，所使用的系統大部分都是市政兩聯供，而使用地源熱泵系統的相對較少。本文將從兩者的工作原理入手，在能耗、環境影響、建設使用成本三大方面對兩者進行分析比較。

1 工作原理比較

1.1 市政兩聯供工作原理：合肥地區的兩聯供系統以市政熱電廠供應的蒸汽為主要能源。在冬季采暖期，以蒸汽通過換熱器來加熱水（熱媒），再將熱水供應在每家每戶空調末端（一般是風機盤管），以達到供暖目的。在夏季供冷期，利用蒸汽的熱能來加熱溴化鋰機組內發生器中的制冷劑-吸收劑溶液—溴化鋰溶液，以分離出水蒸氣（制冷劑）與溴化鋰濃溶液（吸收劑），前者進入冷凝器，后者進入吸收器；高壓水蒸氣在冷凝器中向冷卻介質（一般是水）放熱被凝結為液態后，經節流裝置減壓進入蒸發器；在蒸發器內，該液體被氣化為低壓氣態，同時吸取冷媒（冷凍水）的熱量產生制冷效應；低壓水蒸氣被吸收器內的溴化鋰濃溶液吸收后形成制冷劑-吸收劑溶液，再經溶液泵升壓后進入發生器；如此不斷循環，以獲得7℃的冷凍水，并將冷凍水供應到每戶的空調末端，以達到制冷目的。

1.2 地源熱泵工作原理：地源熱泵是利用地球表面淺層土壤（通常小于400米深）溫度全年較為穩定，一般在10℃~20℃之間這一特點，以地熱資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。在冬季采暖期，地源熱泵機組內的壓縮機對低壓高溫氣態工質做功加壓，高壓高溫氣態工質經過冷凝器冷卻為高壓液態工質，同時向熱媒（水）放熱產生制熱效應；高壓液態工質經節流裝置減壓變為低壓液態工質進入蒸發器，吸收水路循環中的地底熱能轉化為低壓高溫氣態工質，然后再進入壓縮機中，如此不斷循環，以制取熱水；再將熱水供應在每家每戶空調末端（一般是風機盤管），以達到供暖目的。在夏季供冷狀態下，地源熱泵機組的工作流程與制熱狀態正好相反，通過四通膨脹閥將工質流動方向改變，使其通過蒸發器吸收冷媒（水）的熱量以產生制冷效應，再通過冷凝器的水路循環將工質所攜帶的熱量轉移至地下土壤里，如此不斷循環，以制取冷凍水；再將冷凍水供應到每戶空調末端，以達到供冷目的。如圖1所示。

2 能耗情況比較

通過原理分析可知，市政兩聯供以熱能為主要能源，電能起輔助作用，以保障系統正常運行。目前市場上的溴化鋰機組的能效比大約在1.3左右，合肥地區的熱電廠熱效率大約在45%左右，這樣使用溴化鋰機組制冷的總效率大約為0.6。在制熱時，因為兩聯供系統直接通過熱交換器來制熱，因此其制熱性能系數肯定小于1，制熱總效率低于0.45。相比之下，目前的地源熱泵機組的能效比能達到4.5，再考慮火力發電廠的效率為40%，這樣使用地源熱泵機組的總效率約為1.8。由此可見，市政兩聯供雖然節電，但并不節煤，其單位制冷量所消耗的燃煤量是地源熱泵系統3倍，而單位制熱量所消耗的燃煤量是地源熱泵系統的4倍。

3 對環境影響情況的比較

首先因為市政兩聯供相比地源熱泵系統并不節約節煤，因此在使用過程中所產生溫室氣體更多。其次，因溴化鋰機組實際上利用空氣源熱泵原理，將住戶房間內的熱量通過冷卻塔釋放到空氣中，因此在夏季使用中，向周邊環境釋放了大量的熱污染；而地源熱泵系統是將熱量與地底土壤進行交換，所以不存在上述問題。再者，冷卻塔在運行過程中不可避免的產生噪聲，對周邊環境也會產生影響；而且不論在樓頂還是地面建造冷卻塔都會影響整個小區的美觀。由此可見，使用地源熱泵系統對小區環境影響更小，更環保。

4 建設使用成本比較

就目前市場情況來看，兩大系統的一次性建設成本相當，主要區別在于以后的運行使用費用。由上述分析可知，兩聯供系統在制熱、制冷時所使用的設備不同，而地源熱泵系統卻是一機兩用，因此其系統相對更簡單，更容易維護，站房所占的面積更小。其次，目前兩聯供系統的設計使用壽命為15年左右，而地源熱泵系統的使用壽命可達20年。再考慮到兩聯供系統的單位耗能量更大，因此其日常運行、維保成本比地源熱泵系統高出許多，分攤到住戶身上的費用也就更多。另外，低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濟性。據美國環保署（EPA）估計，設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節約用戶30%～40%的供熱制冷空調的運行費用。

5 結論

通過上述分析比較，地源熱泵系統比市政兩聯供系統更節能、更環保、更經濟，是目前比較理想的空調系統，在中國一定有非常廣闊的市場前景。對于合肥這樣并沒有大量工業余熱的城市，專門靠熱電廠的蒸汽為兩聯供供能，實在是浪費煤炭資源。因此在可見的未來，地源熱泵系統必將取代市政兩聯供，成為合肥地區高檔社區的首選。

地源熱泵技術符合節能減排、環保等多方面的要求。為了更好地應用地源熱泵技術，提出如下建議：①提高人們對地源熱泵的認知， 加大新聞輿論的宣傳力度，讓地源熱泵技術被越來越多的人所接受。②各級政府部門應加強對地源熱泵技術推廣使用的支持力度，出臺政策。工程建設中采用地源熱泵的，減收或免收部分行政事業性收費，在設備購置和工程安裝時給予免息或貼息貸款等項優惠政策， 提高業主使用該技術的積極性。③進一步改進和完善地源熱泵技術，使其更加高效率、低成本。

參考文獻：

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