地源热泵在节能环保中的作用

 摘要：阐述地源热泵系统的特点，简要介绍可再生能源。并对地源燕泵进行技术经济分析。分析表明：地源热泵具有广泛的应用前景，是今后节能应用发展的一个方向。 

　　关键词：可再生能源：节能；地源热泵 

　　中图分类号：TUB 

　　文献标识码：A 

　　文章编号：1671－7597(2010)0720136－01 　　 

　　1　能源 　 

　　热泵系统使用储存在地壳里的太阳能。通过太阳辐射、降雨、风等等，太阳能往返于地球表面。由于太阳能的作用，深度超过30英尺的的土层会达到每年的平均空气温度。在表面和6英尺的深度(大多数水平面埋管系统被安置在这些地方)之间，大地温度将以年平均气温为基准上下浮动，这取决于地理位置，土壤类型和水分。因为自身绝缘，土壤温度一年到头比外界空气都更适宜。 

　　因为这种原因，地耦合热泵在每年气温波动幅度大的地方，具有巨大的优势。 

　　地壳里储存的能量，只有很少的一部分(少于2到3％)是来自它的热核。石油和天然气的钻探记录显示，土壤度温每增加1华氏温度数到3华氏温度，深度需增加100英尺。储存在地壳里的太阳能，为空气调节和民用热水加热提供能量。 　　 

　　2　地源热泵介绍 　　 

　　热泵，就像水泵能把低位水提升到高位一样可以把热从低温端传送到高温端。它是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机械。实质上是另一种形式的制冷机。地源热泵(Ground-source heatpump)是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温热源向高温热源的转移。地源热泵系统就是把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，使其与大地进行热交换，或通过中间介质作为热载体，并使中间介质在封闭环路中通过大地循环流动，从而实现与大地进行热交换的目的；地上部分的空调器传热过程与传统的HVAC一样。地源热泵系统作为一种“绿色空调”，是以大地为热源对建筑进行空气调节的系统。冬天，通过热泵将大地中的低位热能提高品味对建筑供暖，同时存储冷量。以备夏用；夏季，通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行供冷，同时存储热量，以备冬用。这样可保持地温恒定，冷暖负荷平衡，从而达到节能、环保的要求因此地源热泵空调系统可解决空气源热泵系统必需室外机及室外机对周围环境产生热污染等问题，并且冬季运行不存在结霜问题，节省了空气源热泵系统除霜所耗的电能，空调效果不受室外气温的影响，运行稳定可靠，是一种国家鼓励使用的适用于夏热冬冷地区居住建筑的节能环保空调系统。 　　 

　　3　系统特点 　　 

　　该系统完全打破了传统中央空调的技术模式，冬天无需锅炉房、夏季不用冷却塔，不燃煤、不燃气、不燃油；也不同于采用地下水源的热泵系统，无需开采地下水。更不会对地下水造成污染。因此，制冷专家看好其大面积推广应用的巨大节能效益和环境效益，称之为“21世纪最有效的新技术”。地源热泵性能稳定，一般寿命可以达到25年以上。 

　　地源热泵技术在节能方面具有以下优点： 

　　1)利用可再生能源。2)高效节能：取放热源温度稳定，换热效率高，制热系数高达3.5～4.5，而锅炉仅为0.7～0.9，可比锅炉节省70％以上的能源和40％～60％运行费用。制冷时要比普通空调节能30％左右。3)多功能、系统控制和管理方便：一套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。4)机组运行稳定，设备寿命长，达25年左右。5)环境美观，无室外机组。 　　 

　　4　技术经济分析 　　 

　　4.1节能、运行费用低。深层土地资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得地源热泵系统比传统空调系统运行效率要高约40％。按上述设计的地源热泵系统，其COP夏季为3.9，冬季为3.5，远高于空气源热泵，体现了其节能的特性，加上其具有环保与可持续发展的优点，是别墅空调系统的理想选择。传统空调系统的换热器运行效率受环境变化的影响很大。在高温或严寒气候条件下，换热效率会大幅降低。如夏季室温达到40℃时，冷量将下降20％～40％；冬季，室温降到-10℃时。供热量将下降15％～30％，且需反复冲霜来保证机组的正常运行。另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉一制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。 

　　4.2一机多用，节约设备用房。地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置。机维紧凑、节省建筑空间，减少一次性投资。而且地源热泵机组可以放置屋顶，安放地面。藏于地下室，其安放位置随建筑需要有多种选择。而传统的空调系统，无论水冷还是风冷系统，其换热器的安放都会对建筑立面造型产生不良影响。如风冷机组需放置屋顶，水冷机组需配置冷却塔置于屋顶。由于都是暴露于大气中，对机组还需有专门的遮阳防雨设施。 

　　4.3保护环境。开发推广地源热泵空调技术可彻底废除中小型燃煤锅炉房，该装置没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，没有任何污染，不会影响城镇的环境质量。地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量；屑自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内。没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。 

　　4.4利用再生能源，可持续发展。地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量交换的采暖空调系统。地表浅层地热资源量大面广，无处不在，它是一种清洁的可再生能源。因此，利用地热的地源热泵，是一种可持续发展的“绿色装置”。 　　 

　　5　地源热泵技术在中国推广 　　

地热能具有广泛的应用前景，在不久的将来，地热能将在世界能源利用结构中占有更大的份额。随着人们环保意识的加强和对“绿色能源”的日益重视，地源热泵系统技术也将得到前所未有的发展。