淺析地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)越性

于文華+趙立榮

摘要：文章闡述了地源熱泵的基本原理，介紹它的應(yīng)用、優(yōu)越性及注意問題，使人們了解到其實際上就是利用地?zé)崮埽酝寥馈⒌叵滤⒌乇硭茸鳛槎緹嵩春拖募纠湓矗ㄟ^熱泵機(jī)組向建筑物提供熱量和冷量的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；地源熱泵原理；新型中央空調(diào)系統(tǒng)

中圖分類號：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0029-02

伴隨著溫室效應(yīng)和全球極端天氣的頻發(fā)，淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用作為一種有益于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的冷熱源形式，受到了廣大公民的普遍關(guān)注，很多城市紛紛試點地源熱泵項目，以求高效制冷或供暖。地源熱泵作為一種利用可再生能源的暖通空調(diào)新技術(shù)，是建筑節(jié)能領(lǐng)域國際上通用的高效節(jié)能技術(shù)，在我國已經(jīng)有了一段時間的發(fā)展歷史，但是大多數(shù)人對其了解的程度是有限的。

1 地源熱泵原理

地源熱泵的作用是從低位熱源中吸取能量，并把它傳遞給高位熱源。在這個過程中雖然消耗了一定的高品位能源，但是向高位熱源供給的卻是從低位熱源中提取出的能量與高品位能源之和。因此，熱泵裝置是一種節(jié)能裝置。其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照熱機(jī)逆循環(huán)工作的，不同的是工作溫度范圍不同。

地源熱泵具有高效節(jié)能的優(yōu)點，由于地下“冬暖夏涼”，冬季供熱時，大地作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩矗ㄟ^埋地盤管獲取土壤中熱量為室內(nèi)供熱及供應(yīng)熱水。夏季制冷時，將大地作為排熱場所，把室內(nèi)的熱量通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導(dǎo)熱和土壤中水分的遷移把熱量擴(kuò)散出去。

2 地源熱泵的應(yīng)用

地源熱泵機(jī)組按低位熱源類型，分為水環(huán)熱泵機(jī)組、地表水和地下水源熱泵機(jī)組和地下環(huán)路式水源熱泵機(jī)組（即土壤源熱泵機(jī)組）。

地下水源熱泵利用時需要充分了解地下水量、水溫、水質(zhì)，地下水類型，含水層巖性、分布、埋深及厚度，含水層的富水性和滲透性，地水下徑流方向、速度、水力坡度、補給、排泄條件；地水水位動態(tài)變化。

地表水源熱泵利用的是江、河、水庫、湖體等水體。初始水溫分布情況，直接決定了采用該水體能否作為低位冷熱源。由于這些水體的水溫分布情況不一致，水體可分為流動水體和靜止滯留水體。

地源熱泵的應(yīng)用技術(shù)有兩種：土-氣型地源熱泵技術(shù)和水-水型地源熱泵技術(shù)

土-氣型地源熱泵技術(shù)是從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散布置于各個房間的地源熱泵機(jī)組直接轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)為房間供暖或制冷。水-水地源熱泵技術(shù)是從地下水中取熱或向其排熱，經(jīng)過熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)換成熱水或冷水，然后再經(jīng)過布置在各個房間的風(fēng)機(jī)盤管轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)或冷風(fēng)給房間供暖或制冷。由于土-氣型地源熱泵技術(shù)，可以不用地下水，采用埋設(shè)垂直管、水平管或向地表水拋設(shè)管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，因而應(yīng)用的范圍更大、更靈活。

地源熱泵的應(yīng)用目前為止已不僅體現(xiàn)在地下水及地表水當(dāng)中，還可以拓展到廢熱回收利用上。很多大型的污水處理廠，其出水二級中水經(jīng)深度處理后進(jìn)入電廠汽輪發(fā)電機(jī)的凝汽器，作為電廠的冷卻循環(huán)水，冷卻電廠汽輪機(jī)排汽，帶走部分余熱，使水溫升高。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中這部分水會進(jìn)入電廠冷卻塔，通過風(fēng)冷將水中的凝汽熱量散發(fā)到大氣中，水可以循環(huán)利用。為了節(jié)約熱能，同時減少蒸發(fā)水損失，利用地源熱泵技術(shù)提取這部分冷卻循環(huán)水中的熱能加熱供暖循環(huán)水至70℃以上，對廠區(qū)周邊的住宅供暖。電廠排汽冷卻介質(zhì)的再生中水為水源，采用地源熱泵機(jī)組提升溫度，吸收以前被當(dāng)做工業(yè)廢熱向大氣排放的凝汽熱量對居民進(jìn)行供暖。這樣即有利于電廠冷卻循環(huán)水側(cè)形成閉式循環(huán)，減少水量蒸發(fā)損失，又能夠回收熱能用于供暖。即環(huán)保又節(jié)能，是一種新型的潔凈供熱技術(shù)，也是城市集中供熱的一個新的發(fā)展方向。

3 地源熱泵的優(yōu)越性

地源熱泵相對分體空調(diào)，有很大的節(jié)能優(yōu)勢.其節(jié)能性主要體現(xiàn)在冬季供暖，經(jīng)濟(jì)效果顯著。據(jù)有關(guān)資料顯示，地源熱泵系統(tǒng)冬季相對常規(guī)分散鍋爐供暖系統(tǒng)平均節(jié)能率為30%，應(yīng)用效果好的項目節(jié)能率達(dá)43%。

采用地源熱泵系統(tǒng)供暖在幾種供暖方式中能量轉(zhuǎn)換系數(shù)最大，因此在運行費用的節(jié)省上也占有一定的優(yōu)勢。調(diào)查結(jié)果表明：各種供暖方式中，燃煤鍋爐房費用最低，其次是地源熱泵，再次為天然氣鍋爐房，最貴的是燃油鍋爐房。

地源熱泵技術(shù)被稱為“綠色”供暖系統(tǒng)，利用少量的電能輸入實現(xiàn)可再生能源的利用，能夠節(jié)約一次能源煤的耗量，同時也減少了污染氣體的排放，緩解溫室效應(yīng)和“酸雨”現(xiàn)象。根據(jù)測試結(jié)果，北方地區(qū)采用地源熱泵采暖相對于常規(guī)的燃煤鍋爐供暖，每個供暖季每平方米可減二氧化碳排放21Kg，減少二氧化硫排放0.7Kg，減少氮氧化物0.6Kg。

據(jù)相關(guān)資料顯示，暖通空調(diào)能耗占全國總能耗的比例達(dá)22.75%，地源熱泵符合國家的能源發(fā)展政策，利用可再生資源，中央空調(diào)系統(tǒng)無需鍋爐及鍋爐房，無需冷卻塔，節(jié)省采暖鍋爐的燃料消耗，節(jié)省鍋爐、鍋爐房、冷卻塔等設(shè)備投資，節(jié)省鍋爐污染治理投資，節(jié)省鍋爐運行管理人員成本。

地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)，它利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。地表淺層地?zé)豳Y源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

4 應(yīng)用地源熱泵注意問題

地?zé)崴男再|(zhì)地?zé)崴胁煌潭鹊膩碜詿醿χ械膸r粉、巖屑或砂土等碎屑物，長期利用中，可對容器產(chǎn)生沉淀和堵塞；有的地?zé)崴休^高的低價鐵和錳，在空氣中氧的作用下，使水變成鐵銹色，并使陶瓷等容器附著鐵銹色，影響水和容器等使用設(shè)備的感觀；有的地?zé)崴卸喾N腐蝕性化學(xué)組分，往往對地?zé)崂迷O(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕破壞，直接影響設(shè)備的使用壽命；還有的地?zé)崴V化度較高，利用時溫度降低，會使溶解其中的有些固體物質(zhì)超過飽和度而在利用系統(tǒng)中產(chǎn)生結(jié)垢，造成設(shè)備及輸水管道的堵塞。為此，利用地?zé)崴话銘?yīng)依據(jù)水質(zhì)條件及用途作相應(yīng)的處理，使設(shè)備保持良好的狀態(tài)，延長使用壽命。

地?zé)崴奶幚矸椒ǖ責(zé)崴幚矸椒ㄒ曀|(zhì)和用途而定，處理方法可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類：物理方法包括：過濾法——用于清除地?zé)崴械某恋砦铮谎鯕飧綦x法——嚴(yán)格控制地?zé)崂孟到y(tǒng)中地?zé)崴c空氣的接觸，不使氧進(jìn)入熱水系統(tǒng)，達(dá)到防腐目的；涂防腐涂料法——對接觸地?zé)崴脑O(shè)備噴涂防腐涂料，達(dá)到防腐目的；利用特種材料如不銹鋼、陶瓷、塑料等不易腐蝕的材料制成的設(shè)備。化學(xué)方法：主要是在地?zé)崴屑尤胍欢ǖ幕瘜W(xué)劑，達(dá)到防腐除垢等目的。

地源熱泵是一種利用大自然能源的一種中央空調(diào)系統(tǒng)，如果采用地下水作為能源國家是很限制的，為民保護(hù)地下水資源，避免水資源的流失，一定要保證取出的地下水全部回灌。熱泵系統(tǒng)應(yīng)安裝回灌水量、水位和回灌水質(zhì)的監(jiān)測裝置，對地下水資源合理的保護(hù)。

5 結(jié)語

地源熱泵是一種新的中央空調(diào)工藝方式。該技術(shù)不破壞地下水資源，不造成空氣熱污染，不產(chǎn)生任何廢氣和廢棄物，具有零污染的良好品質(zhì)。目前我國在建筑能耗中，有將近65%是采暖和空調(diào)能耗，且仍在上升中，因而運用這項技術(shù)有良好的節(jié)能前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 暖通空調(diào)手冊.

[2] 高層建筑設(shè)計技術(shù).

作者簡介：于文華（1975—），女，吉林遼源人，通鋼板石礦業(yè)公司工程師，研究方向：給水排水。