新型高效建筑節能技術地源熱泵應用研究

亓振新　徐繼凱　許強　劉曉艷

摘 要：建筑行業對于綠色建筑的理念中比較關鍵的技術就是地源熱泵技術。本文在介紹地源熱泵技術的概念和原理的基礎上，對此技術在我國的發展現狀和未來的發展趨勢進行分析，重點研究此技術在建筑行業中的應用對于我國建筑節能的重要意義。

關鍵詞：地源熱泵技術;建筑節能;重要意義

在我國目前經濟快速發展和建筑行業不斷發展進步的形勢下，人們生活水平不僅有了極大的提高，而且對于建筑使用性能和舒適性也提出了較高的要求。在目前的民用以及公共建筑中，通常為了滿足冬暖夏涼的要求，采用的是冬季燃煤鍋爐系統進行供熱而夏季采用空調進行制冷的方式。而此種方式在目前全球資源緊缺和環境惡化的背景下，已經無法滿足我國提出的節能減排和可持續發展的要求。而地源熱泵技術則是一種新型的空調系統技術，可以實現對地下淺層地熱資源的利用來實現冬季供熱，并且在夏季將室內的熱量待會地下土壤中來實現制冷，確保室內溫度的舒適性。而且比起傳統的燃煤鍋爐制熱以及空調制冷的方式具有較高的節能優勢。

1.地源熱泵技術的概念及原理

地源熱泵技術所采用的原理就是針對不同地區中在地下一定深度的位置其土壤和地下水的溫度會常年保持在25℃的溫度左右，是人體感覺比較舒適的溫度。其基本原理簡單地說就是將建筑物的供熱以及制冷的管道在此深度的位置進行填埋，然后利用熱泵的原理將室內的熱能與地下此位置的熱能進行交換。這樣就可以實現在夏季室內溫度較高時，可以將室內的熱量帶入地下，并實現與地下較低溫度的熱能進行交換;而在冬季則將地下土壤中的熱能進行取代來實現給室內供暖，這樣就可以確保室內在全年始終保持一個比較舒適的溫度。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到4—5KW以上的熱量或冷量，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節約二分之一的能量;其制冷、制熱系數可達4—5，運行費用為普通中央空調的50—60%。地源熱泵技術主要有地能換熱系統、熱泵機組系統以及室內空調系統等三大部分組成。其中目前比較常用的熱泵機組主要采用水和空氣型機組以及水和水型機組兩種，就是通過空氣或水作為介質來實現室內熱能與地下熱能之間的熱能交換。

2.當前地源熱泵技術在國內的發展及應用現狀

地源熱泵技術最早是在上世紀初由瑞士的科學家提出的，并且在歐美等發達國家開始迅速普及，地源熱泵技術以及市場也不斷成熟，在住宅建筑、公共場所中已經逐漸代替傳統的空調系統，而且目前有些國家也已經開始對生活和工業廢水進行充分利用，推動地源熱泵的技術創新和推廣應用。而我國是在上世紀80年代開始進行地源熱泵技術的研究，經過了30年左右的發展，尤其是近年來隨著我國經濟的發展和工業化以及城鎮化進程的不斷加快，地源熱泵建筑面積已經超過5億平方米，居世界前列，但是在我國目前新增的建筑面積中，地源熱泵建筑面積的占比較低，仍需在進行超低能耗建筑推廣和綠色建筑推廣過程中，增加地源熱泵技術的應用，發揮地源熱泵技術在建筑節能方面的作用。

在目前我國重視地源熱泵建筑的發展，推動地源熱泵技術不斷進步的同時，地源熱泵的熱源類型也在不斷增加、產業規模在不斷擴大，并隨著市場化的運轉和不斷成熟也逐漸降低了市場價格，為我國的節能減排工作做出突出貢獻。地源熱泵系統的主要發展趨勢為在地下水源熱泵數量逐漸減少的同時提高其運行效率和效果，主要表現在新型換熱器以及室外機組的研發不斷深入，國際間的合作不斷增強且在不斷引入先進的國際領先技術，地源熱泵系統的設計、施工和運行也更加專業化。

3.地源熱泵技術對建筑節能的重要意義

3.1推動我國建筑節能的快速發展

在我國目前推動節能綠色建筑的過程中，大部分的既有建筑仍然無法滿足目前我國提出的節能建筑標準的要求，而且正在建設的建筑項目中，也有超過80%的建筑達不到以上標準。而發達國家中此比例進不到一半。尤其我國的建筑數量基數較大，因此我國的超出節能建筑標準的建筑數量已遠超出國際水平，對于我國的能源浪費和環境污染造成不利影響，不符合我國提出了節能減排以及可持續發展的策略要求。尤其是我國北方的大部分城市，冬季需要進行供暖，而且目前主要的供熱方式就是燃煤鍋爐的形式，對于目前北方越來越嚴重的霧霾天氣產生不利影響。此外，目前我國大力發展的風能、太陽能以及水能等清潔型能源則在建筑中由于技術以及能源分布等因素而受到一定的限制，導致上述清潔型能源的利用概率較低。但是地源熱泵技術則可以對我國目前豐富的地下淺層熱能資源進行利用，不僅滿足冬季供熱的需求，也能滿足夏季制冷的需求，可以在我國的建筑項目中廣泛應用，對于推動我國建筑節能發展提供了發展方向和有力保障。

3.2具有良好的經濟性特點

基于地源熱泵技術設計的空調系統在建筑中進行應用，不僅可以實現冬季供熱以及夏季制冷，而且可以進行生活熱水的供應，實現一機三用，全年冷熱供應，節省投資和占地，所以說，地源熱泵的空調系統的功能比較多樣化，可以采用一套系統來代替原有的供熱系統以及制冷系統。此外，此種系統的結構較為緊湊，可以減少建筑項目建設過程中的空間占用，而且便于后期使用的維護。此技術還可以提高空調系統的利用效率，比傳統的空調系統的運行效率提高50%以上。而且地源熱泵空調系統常年保持在穩定的溫度，所以機組可以持續進行穩定的運行，便于進行機組的運行和維護來確保機組的可靠運行。但是相較于傳統的空調系統來說，由于不同地區具有不同的地形、地質條件以及能源結構，所以在進行前期建設時，采用地源熱泵技術的投入比較大，投資成本的回收較慢，但是后期的使用和維護費用會遠低于傳統的空調系統和供熱系統等。

3.3地源熱泵技術具有顯著的環保效果

在環境污染問題日益引起人們關注的同時，我國政府也加大了對環境保護的投資力度，但是在我國近年來經濟快速發展的同時，我國對于石油、煤炭等能源的消耗量也在不斷增加，同時也導致大量的廢氣以及廢渣等環境污染物的產生。所以盡管我國在不斷加大環境保護的投資力度，但是環保問題仍然比較嚴峻，且沒有得到有效的解決。而隨著建筑工程項目的不斷增多，建筑工程建設以及運營過程中也具有較高的能耗，成為目前我國環境保護工作以及進行節能減排工作的重點。在目前建筑行業中推廣綠色建筑理念的同時，地源熱泵技術由于具有較低的污染和較低的能耗，可以大大減少建筑工程運營中的能量消耗，所以也成為建筑行業的環保急先鋒，成為目前綠色建筑的典型代表。正如前文所述，地源熱泵技術可以對傳統建筑中所需要的空調系統、燃煤和燃油等鍋爐系統進行取代，而且在運營過程中可以實現廢氣、廢水、廢渣以及煙塵的“零排放”，所以具有較高的環境效益。因此，地源熱泵技術則成為目前在建筑行業中應用的主要的可再生能源技術，符合我國提出的可持續發展的理念，在我國未來的能源結構不斷進行調整和優化的過程中起到重要作用，并且對我國的能源安全也具有重要意義。

4.結語

地源熱泵技術在目前取得了較大的進步和發展，對于建筑節能發揮重要作用。在政府鼓勵和政策支持下，還需要繼續加大對此技術的支持和宣傳，建立相關人才的培訓機構，繼續開拓地源熱泵技術的市場。

參考文獻：

[1]丁云，劉宏玉.湖北省地源熱泵系統建筑節能與環保效益分析[J].建設科技， 2016（19-20）：109-111.

[2]劉洋.地源熱泵在建筑節能技術中的設計應用[J].門窗，2016（5）：41-41.