地源热泵应用对环境的影响及解决方案

       【摘 要】地源热泵是一种新型、环保、节能的空调技术，但是也存在着一些弊端。本文分析了地源热泵对环境的影响，并提出了一些相关的解决方案， 

　　【关键词】地源热泵环境影响 

　　中图分类号：B845.6 文献标识码：A 

　　0 引言 

　　地源热泵是一种新型、环保、节能的空调系统。地源热泵利用地下水、地表水（水源热泵）或者土壤（土壤源热泵）作为热源，实现夏季制冷、冬天供热的高效节能空调系统。地源热泵冬天从地下水、地表水或者土壤中采热，夏季将热量排入，减少了热污染。Swardt、Derder[1，2]等通过试验及数值模拟表明，地源热泵的制热容量、制冷系数等方面优于空气源热泵，而且地源热泵的运行费用也显著低于空气源热泵。 

　　由于地源热泵的经济性优势，近年来地源热泵作为一种新型的节能空调系统应用越来越加广泛。在政府的鼓励和支持下，地源热泵成了一种新的发展热潮。目前国内市场上销售的地源热泵国内外品牌已经有100家左右，使用地区也已经遍布全国[3]。如此的发展浪潮下，地源热泵所产生的环境影响也愈加受到国内外广大学者的关注。例如地表水源热泵会使水体局部温度上升或者下降，地下水源热泵的回灌不完全，可以造成地面下沉等问题，土壤源热泵利用使土壤温度不均匀而导致热泵实效等。 

　　1 水源热泵应用度环境的影响及解决方案 

　　1.1 地表水源热泵对环境的影响及解决方案 

　　地表水源热泵直接或者利用地表水（江、河、湖泊、水库）进行换热的方式作为机组的冷热源。地表水源热泵夏季将热量直接排入水中，冬季直接从地表水中获取热量，尽管地表水之间能够散热或者吸热，但是排放或者吸取的热量不能够及时补充，就会对水体温度场的分布造成影响。当水温升高的时候，水中的溶解含氧量就会降低，从而加速了水中有机物的分解，更加增大了耗氧量，而且水温的升高加速藻类植物以及水草的生长，这对水类动物也会造成影响，甚至造成鱼类的死亡。 

　　目前国内外学者对地表水源热泵的对环境的影响以及解决方案方面的研究比较少。但是国内外学者近年来对电厂附近排水对环境的影响做过许多的调查研究，以此可以作为地表水源热泵对环境解决方案的参考。为了限制电厂排水对环境的影响，许多国家对排水温度做了限制，例如英国在1961年提出了最高排水温度的规定和限制，法国70年代规定河水温度不得超过30℃，1988年我国出台相关政策规定江、河、湖泊、水库等具有适用功能的地面水水域, 人为造成的环境水温变化应限制在夏季周平均最大温升不大于1℃ ,冬季周平均最大温降不大于2℃ [ 4 ] 。 

　　1.2 地下水源热泵对环境的影响及解决方案 

　　地下水源热泵通过打造抽水井群将地下水抽出，与水源热泵机组直接换热，夏季将热量释放至地下水中，冬天从地下水中提取热量，经过热量交换后，由回灌井群回灌到地下。 

　　地下水源热泵，由于地下水抽出后，不能实现完全的地下回灌，因此地下水位会降低，从而使土层中孔隙水压力降低，造成地层密度变大，地面沉降。对于沙层严密的地面，当水位恢复后，沉降容易消除，但是对于粘性图层，水温即使回复后，土层回弹性不大，这种造成的地面沉降是永久性的。我国部分地区使用地下水源热泵回灌不彻底，造成地面沉降的情况已经出现，地面沉降可造成地面建筑物受损甚至会造成海水倒灌、河床升高等问题。 

　　地下水源热泵还会影响地下水质。地下水源热泵使用中，地下水抽取、回灌过程中，地下水难免会与外界的空气接触，导致地下水氧化，由此而引起地质化学变化、地质生物变化等水文地质问题。而且地下水管路材料的防腐措施不彻底，也会造成管路、换热器等出现结垢、腐蚀，从而影响水质。 

　　 为了杜绝、降低地下水源热泵对环境的影响，我国政府已经出台一些政策，严格控制地下水的开采、使用。地下水源热泵使用前，应该对使用地区地质进行严格的地质勘测，在容易引起地面塌陷的条件下限制使用地下水源热泵。地下水源热泵也可以采用井口换热器，不将换热器放入地下水中，避免了地下水与空气的直接接触，从而减少了空气对地下水的污染。 

　　2 土壤源热泵应用度环境的影响及解决方案 

　　土壤源热泵是利用地下土壤的热量，通过中间介质载体在封闭的地下埋管中流动，从而实现热泵机组与土壤之间的换热。与地表水源热泵相比，地下土壤5m以下全年土壤温度稳定并且约等于当地地区年平均温度，可以在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。土壤源热泵利用地下换热器与土壤实现吸热和放热，减少了空调系统对地面空气的热和噪声污染，实现了真正意义上的节能减排。但是土壤源热泵也具有一些缺点：我国北方地区，冬季从土壤中使用的热量大于夏季向土壤排放的热量，使得土壤温度逐渐降低；南方地区，夏季向土壤排放的热量大于冬季从土壤中提取的热量，导致了土壤的温度逐渐升高。单一使用土壤源热泵，土壤的温度不能够及时的恢复，从而导致了热效率的下降甚至热泵机组的实效[ 5] 。 

　　土壤源热泵从土壤中吸热和排热破坏了土壤的热平衡，因此对土壤源热泵加以辅助热源，使土壤能够及时的恢复热量平衡。许多学者做了相关研究并在工程实践中已有部分应用。北方地区，冬季可以使用锅炉或者太阳能集热器向土壤提供热量；南方地区，夏季向土壤中排放的热量可以通过辅助冷却塔来散热，或者利用周围景观喷泉等来散热，也可以将废热回收利用，从而减少土壤源热泵向土壤中的热量排放[ 6] 。 

　　3 结语 

　　本文分析了地表水源热泵、地下水源热泵、土壤源热泵对环境的影响，并且提出了一些解决方案。地源热泵是一种真正意义上的节能、减排、节能的新型空调系统，通过对其缺点的一些控制，可以得到更加广泛的应用前景。 

　　[1] DE SWARDT. A performance comparison between an air-source and a ground source reversible heat pump[J].International Journal of Energy Research,2001,25(10):899-910. 

　　[2] DERDER S. Municipality water reticulation ground-coupled reversible heat pump system as alternative to an air source system[J].American Society of Mechanical Engineer(paper), 1997,12:402-1215. 

　　[3] 机电信 息调研 组. 2 00 6 年全 国中 央空调 市场 总结报告 ( 第七部分 水源 / 地源热泵市 场总结报告 ) [ J] .机电信息, 200 7 , 25 : 16 - 2 7 . 

　　[ 4 ] 张文宇. 上海世博园大型地表源热泵对黄浦江水环境的影响分析 [ D ] . 上海: 同济大学硕士学位论文,2007 . 

　　[5] 殷平，地源热泵在中国[C].2001年全国热泵和空调技术交流会论文集，2001