地源熱泵在暖通空調中的應用探究

武萌

摘 要：現在越來越多的居民樓都采用地源熱泵進行供暖，較傳統的空氣源熱泵而言，地源熱泵無論是從經濟效益還是供熱的特性方面都具有優勢，所以本文根據地源熱泵技術的原理和分類，對其進行了細致分析，列舉了其在各方面的優勢，指出了地源熱泵的節能環保性，以及其在未來的發展前景。

關鍵詞：地源熱泵；暖通空調；發展前景

1 地源熱泵的優勢

1.1 環境和經濟效益顯著

地源熱泵機組在運行的時候消耗的能量少，傳統的空氣源熱泵既消耗水又污染水，而且需要鍋爐和冷卻塔，而地源熱泵對這些器材以及原料并無顯著需要，環保效益極高。此外，地源熱泵機組在電力的應用方面具有節約性，與電供暖相比減少了將近70%，但是它產生的熱量卻比燃氣鍋爐的效率高出近50%。

1.2 一機多用，應用廣泛

地源熱泵系統可供暖、空調制冷，還可提供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物。地源熱泵有著明顯的優點。不僅節省了大量的能量，而且用一套設備可以同時滿足供熱、供冷、供生活用水的要求，減少了設備的初投資，地源熱泵可應用于賓館、居住小區、公寓、廠房、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。

1.3 維護費用低并可無人值守

地源熱泵系統運動部件要比常規系統少，因而減少維護，其系統不是埋在地下就是安裝在室內，不暴露在風雨中，機組緊湊、節省空間，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。自動控制程度高，可無人值守、遠程管理，無需雇傭人員看管。

1.4 污染小

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少38%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，真正的實現了節能減排節能減排是減少能源浪費和降低廢氣排放更多。

1.5 維護簡單

地源熱泵系統運動部件要比常規系統少，因而減少維護，系統安裝在室內，不暴露在風雨中，也可免遭損壞，更加可靠，延長壽命。

1.6 壽命長

地源熱泵的地下埋管選用聚乙烯和聚丙烯塑料管，壽命可達50年，要比普通空調高35年使用壽命。

1.7 維持生態環境平衡

地源熱泵夏天把室內的熱量排到地下，冬天把地下的熱量取出來供室內使用，相對來說，向環境排放更少的能量，維持生態環境的平衡。

1.8 節省空間

地源熱泵由于沒有設備上的過多要求，節約了占地面積，使其外觀更美觀，也產生了一定的附加經濟效益。

地源熱泵系統的能量來源于自然能源。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調”。被認為是目前可使用的對環境最友好和最有效的供熱、供冷系統。該系統無論嚴寒地區或熱帶地區均可應用。可廣闊應用在辦公樓、賓館、學校、宿舍、醫院、飯店、商場、別墅、住宅等領域。

2 存在問題

目前地源熱泵的技術存在的最大不足是“土壤熱不平衡”的問題。南方地區以供冷為主，常年向地下注入熱量；而北方地區冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱，長年運行后將導致土壤溫度失衡，影響周圍生態。

夏熱冬冷地區的夏季供冷量往往大于冬季供熱量，多出的熱量可通過冷卻塔散去，也可通過余熱回收系統，用于供應生活熱水，從一定程度上緩解土壤熱不平衡的問題。

3 關于地熱源熱泵的進一步思考

有關文獻的資料顯示，地表下不同深度的地源的溫度狀況有所不同，地表下30m以上的一年四季中會受到太陽光照射的影響而發生周期性的變化。地球表面300m以下的一般受地核的影響，而地下30～300m間的溫度基本為上下兩層的平衡點。我國的華北地區平衡點溫度大約在14～18℃，而中南地區平衡點溫度大約在20～22℃。該平衡溫度較好地吻合了當地的平均氣溫，且不受當地氣溫起伏的干擾。地源熱泵在設計結構的過程中常常被遺漏掉一點，就是夏季向地源累計放熱量等于冬季向地源累計吸取的熱量，以保持該地區地下恒溫帶的全年溫度變化的平衡。

如果我們真的能把此恒溫帶看作取之不盡、可不斷再生的低溫地熱資源，那么我們的地源熱泵系統就可以每年只從地下取熱供暖，無需每年夏季提供冷排熱了。如果我們真的這樣做，五六年后該地層溫度就會有明顯下降，該地源熱泵系統中水源熱泵機組的制熱效率也會隨之下降，10年后就會迫使熱泵機組停止使用。

在30～300m深的地下，地源熱泵系統都是以天、周、年的時間尺度周期地取熱與排熱，只要其全年的總取熱量與總排熱量相等，就能持久地維持恒溫帶的狀態；如果把恒溫地層看作為“取之不及，可不斷再生的低溫地熱資源”，可由深層的地熱資源或地表太陽能來補充，那就會犯原理性錯誤。由于地殼的導熱系數很小，熱容量極大，若要讓地表太陽照射的熱能或地幔的熱能的傳遞到此恒溫帶，其恢復溫度的時間尺度將是幾十年，乃至上百年。因此，單純地，連續地從此恒溫帶取熱而不考慮及時地熱量平衡，此恒溫帶的溫度必然會逐年下降，使地源熱泵系統的工況逐年惡化，效率逐年下降，5到10年后就會失效與報廢。

實際上地下土壤、卵石與巖石的傳熱，地下含水層的熱遷移都是十分緩慢的。如果我們不遵守年熱平衡原則，倘若真的每年夏季累計向地下排放的熱量大于冬季累計吸取的熱量，即使該地區地下恒溫帶每年只升高0.5℃，10年后該地源熱泵系統就不能有效正常工作了。

因此，我們不應該把地下30～300m深這一恒溫帶地層看作“取之不盡，可不斷再生的低溫地熱資源，而只能看作“蓄熱層”。

4 結束語

地源熱泵作為一種環保節能的空調方式，應該得到研究工作者對其進行更為深入的研究，探索其關鍵性技術。目前在國內地源熱泵機組的設計、安裝、運行、維護等各個方面還沒有成型的行業標準和規范，其推廣應用還有待時日。作為一門新技術，它為我國的可持續發展帶來了契機，在不遠的將來，隨著國富民強，緊急實力的提高和生活水平的進步，研究和技術人員的努力，它在中國一定有廣闊的市場前景。

參考文獻

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[3]孫騁，胡松海.試論地源熱泵的研究和應用[J].工程技術：文摘版，2016，（9）：167.

（作者單位：邯鄲建筑設計有限責任公司）