关于地源热泵技术及其在暖通工程中的应用

 摘要：随着现代人对生活品质的追求，暖通工程的需求越来越高、标准越来越高。暖通工程发展的背后对能源的巨大浪费，给我国能源带来巨大的压力，因此，发展一种环保型的暖通空调技术已非常迫切。地源热泵技术问世以来，在的暖通工程中已经得到了广泛的应用，事实证明，地源热泵技术相对于其他供暖和空调方式具有良好的优越性。鉴于此，本文探讨了地源热泵的原理与特点，对地源热泵技术在暖通工程中的应用进行了探讨，以期对相关从业人员有所借鉴意义。 

　　关键词：地源热泵技术 暖通工程 能源 

　　一、前言 

　　地源热泵系统是一种新兴的浅层地热能利用技术，最早源于1912年瑞士的一个专利。20世纪70年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。直到20世纪70年代初世界上出现了第一次能源危机，它才开始受到重视，许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。这一时期，欧洲建立了很多水平埋管式土壤源地源热泵，主要用于冬季供暖。虽然欧洲是世界上发展地源热泵最成熟的地区，但是它也曾因为地源热泵专家不懂安装技术，安装工人又不懂地源热泵原理等因素，致使地源热泵的发展走了一段弯路。随着科技的进步，关于能源消耗和环境污染的法律制定越来越严格，地源热泵的发展迎来了它的另一次高潮。欧洲国家以瑞典和奥地利等国家为代表，大力推广地源热泵供暖和制冷技术。政府采取了相应的补贴政策和保护政策，使得地源热泵生产和使用范围迅速扩大。80年代后期，地源热泵技术已经趋于成熟，更多的科学家致力于地下系统的研究，努力提高热吸收和热传导效率，同时越来越重视环境的影响问题。地源热泵生产呈现逐年上升趋势。其真正意义上的商业应用迄今也不过十多年。但美国的地源热泵生产和推广速度很快，美国已达到了每年安装40 万台地源热泵，技术产生了飞速的发展，成为世界上地源热泵生产和使用的头号大国，年节约能源折合4.2亿美元。 

　　我国浅层地温能的开发利用起步较晚，2001年我国政府开始积极推广运用这项“绿色技术”，建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐，以减少煤耗、节约一次能源和改善环境。从2005年开始，国家分别将只个城市作为地源热泵试点城市，分别是北京、天津、沈阳，大力发展地源热泵。国家努力引导发展地源热泵，国家的一些政府部门的建筑、学校、医院等都进行厂地源热泵改造。可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。作为2008年奥运会羽毛球及艺术体操比赛场馆的北京工业大学体育馆，采用了深层地热资源和浅层地热资源相结合的模式，搭配热泵技术，以满足体育馆冷暖气的需求。北京工业大学体育馆采用先进的深层地热技术和水源空调技术口供暖时。从深层地热开采井中提取温度较高的地热水，直接经过板式换热器将部分热量交换给风机盘管中所用的供暖用循环水，解决体育馆供暖热源；供应冷气时，则由浅层水源空调开采井中提取浅层地下水，经过热泵吸收风机盘管中制冷用循环水中的热量，将循环水温度降低，进而送出冷气口。据了解，北京市利用地热资源进行供暖、冷气的建筑面积已经超过了600万平方米，并在快速增加中。 

　　二、地源热泵技术及特点 

　　地源热泵技术是一种新兴的暖通技术和方式，是一种利用地下浅层地热资源进行能量转换，主要以岩土体、地下水、地表水为低温热源，可供热又可制冷的供暖制冷空调系统（如图所示），应用于商业楼、公共建筑、学校医院、住宅公寓等建筑物。地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术，在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行气一液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒一空气热交换器，以冷风的形式为房供冷；在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移室内的过程中，以强制对流、自然对流或辐射的形式向室内供暖口。 

　　2、地源热泵的优越性 

　　（1）节能、高效性。地源热泵系统在提供单位能量时，电能的消耗主要用于压缩机的做功和使空调系统运行，它要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，由于土壤的温度全年较为稳定，一般为10-20℃，其制冷、制热系数可达3.5-4.7，制冷时比传统中央空调系统运行效率要提高30%。与传统的空气源热泵相比，能效要高出40%以上。其运行费用为普通中央空调的50%～60%。 

　　（2）环保无污染。 

　　地源热泵依靠对地下浅层地热资源的利用，不燃烧，不会释放温室气体，不对周围环境造成污染，不会因为废弃物的排放对于环境造成污染。因此，热源热泵技术具有良好的节能的作用。与空气源热泵相比，减少10%以上的污染物排放，与电供暖相比，减少70%以上，如果结合其他节能措施，节能减排效果会更明显，属绿色环保技术。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏概率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。 

　　（3）可再生利用 

　　地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的50倍还多，它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。 

　　（4}低运行费用 

　　地源热泵系统的高效节能特点，决定了它的运行费用低，冬季取出的热量可在夏天得到补偿，比其他各种采暖和制冷设备节能30%左右，全年循环利用，使用寿命50年以上并避免了对资源造成破坏，折旧费和维修费也都人大低于传统空调。系统的室外设备非常少，节省了高昂的维护和保安费用。没有屋顶设备，也就没有屋顶承重、修饰或挡光的间题。外部噪声大大降低，建筑整体美感也得到了很好的保持。由于地源热泵系统的其室内部分已经成为定型。选型也就非常简单，再加上低压的管道系统，双管的输送系统，使整个系统与其他形式相比较在设计上容易和便宜，装配操作的成本低。以上这些都使得地源热泵在商用建筑空调方式的选择上具有一定优势。