地源热泵集成供暖系统的应用研究

 　[摘 要]随着我国社会经济的进一步发展，建筑规模也在不断扩大，同时，我国居民对建筑室内环境有了更高层次的要求，对室内环境的舒适度要求也在不断提高，这使得我国建筑能源资源消耗量急剧增加。就我国目前形势来看，建筑能源资源消耗总量位居我国能源消耗总量第三，紧随工业能源资源消耗量与交通运输能源资源消耗量之后。在这种情况下，节能减排必须要引起社会各界人士的高度重视。而我国各地区对供暖能源消耗量也很大，为更好地解决这一问题，技术人员必须要加大对地源热泵集成供暖系统应用的研究力度。本文从简述地源热泵的相关概念入手，对地源热泵集成供暖系统的技术性进行研究，对加大地源热泵集成供暖系统的应用情况进行探究，为我国加大推广使用地源热泵集成供暖系统提供参考。 

　　[关键词]地源热泵；集成供暖系统；相关概念；重要意义；应用研究；工作原理 

　　中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0335-01 

　　0.引言 

　　建筑节能是当今社会建筑行业发展的必然趋势，也是目前建筑行业高新科技的新经济增长点。但是，根据相关数据调查显示，我国建筑消耗能源资源占社会总能源消耗量的35%左右，而严寒地区趋近45%。此外，随着我国能源形势的日益紧张和传统型能源资源燃烧排放气体带来的各种问题，我国生态环境与社会经济的负担不断加重。随着国家建筑技术的不断改进，以及建筑耗能量的不断增加，我国对建筑节能减排也有了更高层次的要求。在这种形势下，研究日源热泵集成供暖系统的应用有着重要的意义。笔者针对地源热泵集成供暖系统的技术性与应用情况进行研究。 

　　1.地源热泵的相关概念 

　　1.1 地源热泵的定义 

　　地源热泵指的是利用浅层的地下水、表层水、土壤等地热能源，在提供热能的同时，也能够制冷的一种节能高效系统。地源热泵利用电能等少量的高质量能源，实现了从低质量热能转变成高质量热能。通产情况下，在建筑空调系统中，地热能分别在夏季制冷与冬季供暖。现阶段，地源热泵已经能够利用江河水源、湖泊水、海水、工业尾水、城市中水、地下水、坑道水等各种水资源与土壤作为地源热泵的热源、冷源。 

　　1.2 地源热泵集成供暖系统的优点 

　　地源热泵集成供暖系统的应用具备主要优点：显著的环境效益与经济效益；对生态环境的污染小， 应用地源热泵集成供暖系统，真正实现了减少污染物的排放；维护简单，地源热泵集成供暖系统的运行部件比常规运行部件少，因此，减少了维护，系统安装在建筑室内，可以有效地避免系统受到损坏，延长了系统的使用寿命；平衡了生态环境，地源热泵集成供暖系统夏季将室内热量排放到地下，冬季将地下热量取出并提供给建筑室内使用；一机多用，地源热泵集成供暖系统能够替换原有锅炉和空调中的多套系统与装置，既能满足冬季供暖需求，也能实现夏季制冷与为日常生活提供热能，实现了一机三用[1]。 

　　2.地源热泵集成供暖系统的技术性研究 

　　2.1 太阳能和地源热泵应用的局限性 

　　太阳能具有节能换环保等诸多优点，但是还是存在着两点重要缺陷限制了太阳能的应用：（一）太阳能辐射能的密度偏低，虽然太阳能辐射的总功率较大，但是辐射到地球表层的太阳辐射功率并不大；（二）太阳容易受到天气、季节与维度等多种因素的影响。这两个缺点使得太阳能在利用时需要大面积的集热器，也需要增加蓄热器，这样会加大工程项目的投资成本，也会占用更多的场地，因此，限制了太阳能的使用。 

　　地源热泵的推广使用会受到土壤性质的制约，由于地域与气候的影响，使得土壤性质产生了较大的差异，这也会加大系统设计的难度，同时，土壤导热系数偏小，会使得土壤与工质之间转换热能强度的减小[2]。 

　　2.2 发展地源热泵集成供暖系统的重要意义 

　　综上所述，单独使用太阳能与地源热泵存在着诸多问题，因此推广使用地源热泵集成供暖系统有着重要的现实意义。利用太阳能作为辅助性热源供暖，主要利用地源热泵集成供暖系统有助于平衡取冷量与供热量，从而保障土壤温度场的恢复，便于系统的长时间的正常运行；利用地源热泵集成供暖系统有效地减少了太阳能集热器面积与地源热泵的地埋管占用面积，从而最大限度地减少项目投资。此外，使用地源热泵集成供暖系统有利于提高地源热泵机组的蒸发温度，从而减少机组耗电量，节约了机械设备的运行成本。对地源热泵集成供暖系统的应用有效地克服地源热泵导致的土壤温度场的温度失衡问题，也能弥补太阳能辐射量的大波动问题[3]。 

　　3.地源热泵集成供暖系统的应用研究 

　　3.1 地源热泵集成供暖系统工作原理 

　　夏季，地源热泵集成供暖系统利用热泵机组将建筑室内吸收的热量转移并释放到地源中，从而实现建筑制冷需求；冬季，地源热泵集成供暖系统利用热泵机组将浅层水体、岩土体等地源中的热量吸取出来，为建筑室内提供暖气。 

　　地源热泵集成供暖系统的四个循环：（一）太阳能集成热量系统的水循环，太阳能的集热器对太阳辐射进行吸收，当水温升到一定温度时，水将会保存在蓄热水池中，为蒸发器提供热源使用。（二）地埋管的换热器部件的水循环，水经过地埋管的换热器的循环，吸收了土壤中的热能，在蒸发器中将这些热能输送到制冷剂中。（三）制冷剂的循环，吸收蒸发器中将土壤与太阳能中的热能，再将其输送到冷凝器中。（四）建筑室内的地板辐射利用采暖系统进行水循环[4]。 

　　3.2 地源热泵集成供暖系统的应用 

　　地源热泵集成供暖系统作为现阶段最为高效的供暖系统，在国际范围内得到了更为广泛地应用，尤其是在西方发达国家的家庭中利用地源热泵集成供暖系统为日常生活供暖和生活热水。根据资料调查显示，在瑞士的家用供热装置中，地源热泵集成供暖系统所占比例超过了85%。近几年来，地源热泵集成供暖系统在我国也开始推广使用。下文针对推广使用地源热泵集成供暖系统的经济性与环保性进行研究[5]。 

　　3.2.1 经济性研究 

　　对推广使用地源热泵集成供暖系统的经济性研究主要包括初期项目投资与系统运行成本这两部分的研究。其中初期项目投资只要包括了设备装置费用、辅助性设备、管线费用、装置安装、调试费用等；系统运行成本主要包括：设备运行消耗的电费、水费、燃料费，机械设备的维修费用等。 

　　3.2.2 环保性研究 

　　对推广使用地源热泵集成供暖系统的环保性研究主要包括：二氧化碳的减排量、粉尘的减排量、二氧化硫的减排量等方面进行研究[6]。 

　　4.结语 

　　太阳能和地热能属于可再生能源，对它们的利用能够有效地减少环境污染，实现节能减排的目的。而加大对地源热泵集成供暖系统的研究，扩大地源热泵集成供暖系统的应用范围， 有利于减少环境污染问题，缓解能源资源紧张局面。 

　　参考资料 

　　[1] 刘丹阳，李齐森，孙振华.季节性蓄热的太阳能-地源热菜复合系统的研究[J].榆林高等专科学校学报，2011，10（03）：121-145. 

　　[2] 辛耀中，王云霞，赵永良.太阳能-土壤地源热泵的性能研究[J].黑龙江科技信息，2010，22（09）：112-130. 

　　[3] 李群芳，欧阳树，陈春燕，唐德.地源热泵集成供暖系统的推广使用研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2011，21（07）：145-163. 

　　[4] 任继荣，赵刚著，王力军.可再生能源建筑应用技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2011，20（06）：1121-1130. 

　　[5] 宋东燕，庞志功，汪宝琪，祁彦.针对地源热泵集成供暖系统应用的探究[J].地质灾害与环境保护，2012，01（05）：130-135. 

　　[6] 钱德英，张志胜，张惜阴.地源热泵集成供暖系统的应用研究[J].长江大学学报（社会科学版），2010，22（09）：112-130.