淺析地源熱泵的應用

張秀峰

摘 要：在全球環境問題日益嚴重的當下，如何應用與開發清潔能源、可再生資源，降低對大自然的破壞，實現建筑產業的健康、可持續發展，推動城市文明建設與生態環境的和諧共存，成為人類需要認真思考與解決的課題。具體到暖通建筑工程項目的施工過程中，為了實現綠色節能的施工目標，采用地源熱泵系統設計與安裝，能夠有效收集、利用太陽能能源，作為制冷供暖系統的清潔能源，從而取代高能耗、存在不同程度污染的電力或者煤炭能源，實現建筑工程項目的節能減排設計目標。下文中，筆者將結合個人參加暖通項目工程的施工經驗，分析地源熱泵系統的特色優勢、施工類型和注意事項，以期為同行業者提供經驗與參考。

關鍵詞：暖通工程項目；施工管理要點；地源熱泵；節能減排

建筑工程的地面土壤中存儲了數量龐大的太陽能能源，如果能夠將這些能源有效利用起來，則可以利用約50%的太陽輻射能源作為建筑工程項目的制冷供暖能源。與此同時，建筑工程地源熱泵系統的安裝，將確保地面下水源和土壤將接收到的過剩太陽能輻射熱量轉化、輸出，從而使地面系統的能源供輸均衡。地源熱泵系統的應用，最早起源于歐洲北部地區和美洲的國家，我國地理位置、氣候條件與美國更為接近，因此可以借鑒并學習美國應用開發地源熱泵制冷供暖系統的相關理論、施工技術、案例經驗，同時結合我國當地的現實環境特色、地質情況，制定出符合我國現實國情與經濟能力的地源熱泵系統設計與安裝方案。隨著我國經濟建筑的進程加速，在科技產業的發展帶動下，人們日益認識到環境保護、節能減排、綠色生態等理念和發展模式的重要意義，因此，大力促進太陽能、風能等清潔、可再生能源的開發與利用，受到人們的支持與環境，也有利于建筑產業和城市建設的長期、健康、可持續發展。地源熱泵系統與施工技術，在該背景下提出，并受到人們認可與歡迎。

1 地源熱泵的概述

地源熱泵是1912年由瑞士專家提出，但是其真正開始應用卻在美國，據相關統計分析，相較于傳統意義上的建筑物供暖制熱系統技術，地源熱泵暖通空調系統在優化節能50%～60%的同時，也節約了40%～70%的成本費用開支。在暖通空調中科學應用地源熱泵系統，就是通過把空調系統的冷凝器，以及蒸發器埋在地下，這樣熱量就可以通過土壤、水介質等進行熱能的交換，尤其是在炎熱的夏季，運用地源熱泵系統就能把這些熱量貯存到一起，當冬季來臨的時候，其可以為建筑物供暖，而如果是在寒冷的冬季，該地源熱泵系統能夠把冷能量貯存到一起，供建筑物夏季制冷使用。

2 地源熱泵技術特點

地源熱泵使用電力，沒有燃燒過程，對周圍環境無污染排放；不使用冷卻塔，沒有外掛機，不向周圍環境排熱，沒有熱島效應，沒有噪音；不抽取地下水，不破壞地下水資源；一機三用：冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活熱水；使用壽命長：使用壽命20年以上，是分體式或窗式空調器的2～4倍；全電腦控制，性能穩定，可以電話遙控，可以進行溫濕度控制和新風配送。地源熱泵機組利用土壤或水體溫度冬季為12～22℃，溫度比環境空氣溫度高，熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18～32℃，溫度比環境空氣溫度低，制冷系統冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率大大提高，可以節約30%～40%的供熱制冷空調的運行費用。1kW的電能可以得到4 kW以上的熱量或5kW以上冷量。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，供用戶使用。因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省約1/2的能量。

3 地源熱泵的主要形式

地源熱泵分為地埋管形式、地下水源熱泵和地表水源熱泵等形式。（1）地埋管形式。第一、水平式地源熱泵。水平式地源熱泵通過水平埋置于地表面 2～4m以下的閉合換熱系統，其與土壤進行冷熱交換，此種系統適合于制冷供暖面積較小的建筑物。第二、垂直式地源熱泵。通過垂直鉆孔將閉合換熱系統埋置在50～400m深的巖土體與土壤進行冷熱交換。此種系統適合于制冷供暖面積較大的建筑物。（2）地表水式地源熱泵。地源熱泵機組通過布置在水底的閉合換熱系統與江河、湖泊、海水等進行冷熱交換。此種系統適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩定的溫度和顯著的散熱性，其需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。（3）地下水式地源熱泵。地源熱泵機組通過機組內閉式循環系統經過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進行冷熱交換。地下水排回或通過加壓式泵注入地下水層中。此系統適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。

4 暖通空調中應用地源熱泵的注意事項

地源熱泵在暖通空調中應用的注意事項：（1）遵循因地制宜的原則，地源熱泵在實踐操作中會受到很多客觀因素的制約，因地制宜就是如果在夏季能量儲存不足，滿足不了冬季的供暖需求，那么地源熱泵系統就應該增加制熱裝置的設計，以此來增加熱能，保證居民對熱量的正常需求，如果該系統在冬季不能儲存足夠的冷能量，與之相對應的在系統設計中，就應該增加冷卻裝置，因此在設計中工作人員先進行科學的計算，最后決定使用地源熱泵技術是否合理。（2）正確選擇地源熱泵的類型。當前有很多機組類型可以選擇，但是沒有一個統一的規范和管理制度，所以要選擇合適的機組，并且地源熱泵對機組的能效比與性能系數有著很高的要求，因此設計者必須根據地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數。

綜上所述，伴隨城市居民生活質量的穩步提升，如何實現城市建設發展與生態環境之間的可持續發展、和諧共存，成為城市建設者、房地產開發商、有關施工單位需要認真思考的問題。地源熱泵系統的施工安裝與應用，能夠節約電能、降低建筑工程的能源損耗量。因此，有關單位的施工管理者，應當繼續加強對地源熱泵系統施工的研究與學習，降低環境污染，起到節能減排、綠色環保的目的。

參考文獻

[1]肖偉.藏西南邊遠地區直接受益式太陽能采暖研究[D].清華大學，2010.

（作者單位：大連愛瑞克機電設備有限公司）