地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

王清剛

（中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院， 北京 101300）

地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行供暖和制冷的空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)既高效又節(jié)能，還可以供應(yīng)生活熱水，極大的改變了人們的生活。近幾年來(lái)，隨著世界能源的短缺，國(guó)家對(duì)可再生能源的使用進(jìn)行了相對(duì)扶持，地源熱泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生活中。地源熱泵系統(tǒng)主要分為土壤源熱泵、地下水熱泵和地表水熱泵三種類(lèi)型，在應(yīng)用過(guò)程中具有各自的特點(diǎn)[1]。

1 地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展

地源熱泵的興起是從美國(guó)開(kāi)始的，從美國(guó)進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)的研究工作開(kāi)始，地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了比較漫長(zhǎng)的時(shí)間。而我國(guó)開(kāi)始接觸這項(xiàng)技術(shù)主要是從二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始的，并且我國(guó)一直在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的探索，很多高校和科研機(jī)構(gòu)都陸續(xù)對(duì)其理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了相關(guān)的研究，到現(xiàn)在為止，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，地源熱泵系統(tǒng)也開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)和供暖方式[2]。

2 地源熱泵的特點(diǎn)

地源熱泵系統(tǒng)的三種類(lèi)型都具有不同的特點(diǎn)，其中地下水源熱泵系統(tǒng)指的是深井回灌水源，是通過(guò)利用地層的隔熱作用來(lái)進(jìn)行的，主要是通過(guò)地下水溫相對(duì)穩(wěn)定的原理來(lái)進(jìn)行地質(zhì)勘探和打造深井群，在抽出地下水源之后，通過(guò)一些開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行熱量的提取和釋放，并進(jìn)行水源的回灌。因?yàn)檫@種系統(tǒng)是直接將地下水供應(yīng)到熱泵機(jī)組，在水源換熱之后的回灌過(guò)程中很難控制水質(zhì)和水資源的潔凈程度，會(huì)對(duì)機(jī)組造成一定的腐蝕效果，所以一般不建議進(jìn)行使用。但其中閉式系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，主要是用板式換熱器來(lái)隔斷建筑內(nèi)的循環(huán)水和地下水，并且通過(guò)潛水泵來(lái)取水或者是回灌，可以保證系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)組安全，比較有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這種系統(tǒng)的初期造價(jià)比較低，但是對(duì)水源和水質(zhì)的要求比較高，總體來(lái)說(shuō)占地面積小且方便易行[3]。

土壤垂直埋管式地源熱泵系統(tǒng)主要是以水平或者是U形管狀形式來(lái)垂直安裝在土壤內(nèi)部或者是豎井中，是通過(guò)中間的一些介質(zhì)來(lái)作為載體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和熱量轉(zhuǎn)換的一種形式。這種系統(tǒng)對(duì)于地下水不存在污染和破壞的效果，而且基本上不會(huì)因?yàn)榈叵滤康拇笮?duì)其制熱和制冷的效果產(chǎn)生影響。所以說(shuō)，這種系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)比較穩(wěn)定和可靠，而且在運(yùn)行過(guò)程中也具有良好的效果。但是，這種系統(tǒng)在前期會(huì)需要大量的打井導(dǎo)致資金的投入比較多[4]。

而地表水源熱泵系統(tǒng)是通過(guò)直接抽取地下水或者是對(duì)地下水進(jìn)行間接換熱的一種形式來(lái)進(jìn)行制熱和制冷的。這種系統(tǒng)主要是具有前期投入資金比較低，而且簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，但是這種系統(tǒng)受自然條件的制約比較大，相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)定性比較低，需要選取一些湖水和河水附近進(jìn)行應(yīng)用[5]。

實(shí)際上，無(wú)論是哪一種熱泵系統(tǒng)，在應(yīng)用的過(guò)程中都比較高效和節(jié)能，是通過(guò)利用可再生能源進(jìn)行技術(shù)使用，而且這種地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率高，在使用的過(guò)程中不會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成比較多的破壞和污染，是一種利用可再生能源的理念，不僅被廣泛應(yīng)用，而且正在向多樣化發(fā)展。

3 地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

3.1 實(shí)際應(yīng)用

目前，我國(guó)已經(jīng)有很多的建筑應(yīng)用這種地源熱泵系統(tǒng)，這種系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。而且，應(yīng)用這種系統(tǒng)不僅是為了使用可再生能源，減少能源的消耗，還是一種環(huán)保的過(guò)程。據(jù)專(zhuān)家分析，如果應(yīng)用這種系統(tǒng)來(lái)取代空調(diào)系統(tǒng)，每年都能削減約六萬(wàn)噸的碳氧化物的排放量，而且還能削減約九百萬(wàn)噸的二氧化碳和十六萬(wàn)噸的顆粒物的排放量，是一種節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2 發(fā)展前景

實(shí)際上，應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展前景是非常廣闊的，尤其是在我國(guó)，我國(guó)的人口基數(shù)大，建筑業(yè)發(fā)展迅速，在此情形下，地源熱泵系統(tǒng)將會(huì)獲得廣闊的前景。而且，目前國(guó)家和政府設(shè)立了可再生能源發(fā)展的專(zhuān)項(xiàng)資金，不僅提供了一些優(yōu)惠貸款，而且還給與一些稅收優(yōu)惠，有利于地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。同時(shí)，國(guó)家鼓勵(lì)經(jīng)濟(jì)主體參與可再生能源發(fā)展的計(jì)劃，也給地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個(gè)更好的市場(chǎng)，完全有利于系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展。

4 地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題以及解決措施

4.1 地下熱平衡

在應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)的過(guò)程中，需要重視地下熱平衡的問(wèn)題，因?yàn)榈卦礋岜孟到y(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行需要考慮到生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，而且因?yàn)檫@種系統(tǒng)主要作用于地下，更需要確保系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的地下熱平衡。因?yàn)榈叵聼崞胶鈫?wèn)題是一個(gè)技術(shù)上的難題，需要長(zhǎng)期的優(yōu)化設(shè)計(jì)和規(guī)范化運(yùn)行管理來(lái)進(jìn)行解決。而且，地下熱平衡是為了確保地源熱泵系統(tǒng)能夠真正的可持續(xù)發(fā)展，需要根據(jù)其中存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的糾正，并且需要與之相關(guān)的各個(gè)部門(mén)的共同配合來(lái)完成。

4.2 對(duì)土壤環(huán)境的影響

對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不是所有的系統(tǒng)都不會(huì)存在對(duì)環(huán)境的不良影響，尤其是土壤埋管式系統(tǒng)，就會(huì)對(duì)土壤環(huán)境存在一定的影響。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)對(duì)微生物環(huán)境造成一定的影響，周邊的一些植物的根系和建筑物地基也會(huì)或多或少的受到一定的影響，需要保證這種系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)對(duì)地下產(chǎn)生過(guò)多的不良影響，以免因?yàn)橄到y(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)土壤環(huán)境問(wèn)題。

4.3 生產(chǎn)商

對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要使用正確型號(hào)和質(zhì)量符合要求的系統(tǒng)組件才能確保其能夠安全可靠的運(yùn)行，但是因?yàn)槲覈?guó)目前很多生產(chǎn)商都存在問(wèn)題，一些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中不合理、不規(guī)范，而且在使用前期也沒(méi)有進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，導(dǎo)致很多產(chǎn)品的需求和實(shí)際應(yīng)用都存在性能差異比較大的問(wèn)題。這些問(wèn)題在很大程度上會(huì)影響地源熱泵工程，導(dǎo)致工程失敗。針對(duì)這些問(wèn)題，需要加大技術(shù)研發(fā)，確保系統(tǒng)組件和產(chǎn)品都能夠符合工程需要，而且需要加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，設(shè)立一些專(zhuān)業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，確保地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自從我國(guó)開(kāi)始研發(fā)地源熱泵系統(tǒng)以來(lái)，地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，且在應(yīng)用過(guò)程中切實(shí)做到了節(jié)能和環(huán)保，是一個(gè)符合當(dāng)前世界主流趨勢(shì)的可再生能源利用項(xiàng)目。當(dāng)然，在這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的問(wèn)題，需要對(duì)這些問(wèn)題加以解決，促進(jìn)技術(shù)的優(yōu)化和升級(jí)。