浅谈节能环保地源热泵供暖空调技术

 内容摘要：随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。本文着重介绍了地源热泵的类别及特点，综合分析了当前地源热泵在国外和国内的发展现状和发展前景。 

　　关键词：地源热泵 节能 土壤源热泵 

　　近年来，随着我国社会经济的发展及人民生活水平的不断提高，改善建筑热舒适条件已成为一个比较突出的要求。如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减下来，减轻对大气环境的污染，成了暖通界人士首要其冲需要解决的问题。现阶段，在保证使用功能不降低的情况下，我们应采取各种有效的技术和管理措施，把新建房屋建筑的能耗较大幅度地降下来，对原有建筑物有计划地进行节能改造，达到节省能源、保护环境和提高人民生活质量的目的[1]。同时，地源热泵系统也为改善夏热冬冷地区建筑热条件这个世界性难题提供了很好的解决办法[5]。夏热冬冷地区，其七月气温比同纬度其他地区一般高出2℃左右，是在这个纬度范围内除沙漠干旱地区以外最炎热的地区；再加上这个地区水网地带多，十分潮湿，湿度常保持在80%左右，由于人体排汗难以挥发，普遍感到闷热难受。而一月的气温比同纬度其他地区一般要低810℃，而且湿度又高，达到73%～83%[6]；这期间日照相对又较少，潮湿水汽从人体中吸收热量，因而阴冷寒凉。因而新疆博州地区作为地源热泵首次尝试地区，为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求，如何把建筑耗能量减下来，减轻对大气环境的污染，把美丽的博州变得更加清净，美丽。 

　　一、地源热泵的分类及其各自特点 

　　地源热泵在国内也被称为地热泵。根据利用地热源的种类和方式不同可以分为以下三类：土壤源热泵或称土壤耦合热泵（GCHP），地下水热泵（GWHP），地表水热泵（SWHP）。 

　　1、 土壤源热泵 

　　土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤源热泵系统主机通常采用水水或热泵机组或水气热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。垂直埋管换热器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分为浅层（<30m），中层（30～100m）和深层（>100m）三种。埋管深，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。总的来说，垂直埋管换热器热泵系统优势在于：（1）占地面积小；（2）土壤的温度和热特性变化小；（3）需要的管材最少，泵耗能低；（4）能效比很高。而劣势主要在于：由于相应的施工设备和施工人员的缺乏，造价偏高。水平埋管换热器有单管和多管两种形式。其中单管水平换热器占地面积最大，虽然多管水平埋管换热器占地面积有所减少，但管长应相应增加来补偿相邻管间的热干扰。水平埋管换热器热泵系统由于施工设备广泛使用而且施工人员易找，又加上许多家庭有足够大的施工场地，因此造价就可以减下来。除需要较大场地外，水平埋管换热器系统的劣势还在于：运行性能上不稳定（由于浅层大地的温度和热特性随着季节、降雨以及埋深而变化）；泵耗能较高；系统效率降低。 

　　蛇行埋管换热器比较适用于场地有限又较经济的情况下。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器20%～30%，但是用管量会明显增加。这种方式优缺点类似于水平埋管换热器，所以有的文献将其归入水平埋管换热器。 

　　2、地下水热泵系统 

　　在土壤源热泵得到发展以前，欧美国家最常用的地源热泵系统是地下水热泵系统。目前在民用中已经很少使用，主要应用在商业建筑中。最常用的系统形式是采用水水式板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。早期的地下水系统采用的是单井系统，即将地下水经过板式换热器后直接排放。这样做，一则浪费地下水资源，二则容易造成地层塌陷，引起地质灾害。于是产生了双井系统，一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵系统的优势是造价要比土壤源热泵系统低，另外水井很紧凑，不占什么场地，技术也相对比较成熟，水井承包商也容易找。其劣势就在于：1.有些地方法规禁止抽取或回灌地下水；2.可供的地下水有限；3.如水质不好或打井不合格要注意水处理；4.如泵选择过大、控制不良或水井与建筑偏远，泵耗能就会过大。 

　　3、地表水热泵系统 

　　地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。总的来说，地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行费用少等优点。但是，在公共用的河中，管道或水中的其他设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，这就会产生效率降低，制冷或供热能力降低的后果。 

　　4、系统组成及工作原理：地源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端）系统，地源中央空调主机（又称地源热泵）系统和热源水系统三部分组成。为用户供热时，地源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的地源中央空调主机（热泵）“泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，地源中央空调将用户室内的余热通过地源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。 

　　二、地源热泵供暖空调技术特点： 

　　1、应用范围广泛。地源热泵冷、热水机组可制冷、采暖、提供卫生热水，广泛用于商场、宾馆、写字楼、影剧院、住宅、学校、餐饮等场所，也可用于要求较高的科学研究院、计算机机房、医院等领域。 

　　2、效果稳定可靠。地源热泵是提取地下相对恒温能量，获取冷热源的设备。因为地下不受地面环境温度变化的影响，制冷、制热效果稳定，不存在一般的空调设备越冷天越制热量少，越热天越制冷量少的问题。 

　　3、高效、节能。机组制冷、制热效果显著，能效比高达5.946.0，因提取的地下温度和建筑物所需温度相差较小，提取时的耗电量大大低于传统空调，机组运行费用低，较其他形式的中央空调，可节电40%60%。 

　　由于地源热泵技术有上述特点，由农五师工程团房产公司开发建设、博乐赛里木建筑安装工程有限责任公司承建的博乐市南湖秀苑小区于2009年4月动工，总投资9116万元，总建筑面积8.3万平方米，分三期建设，目前一期工程已开工建设，完成建筑面积3万平方米，二期、三期预计在2011年完工，到2011年底可全面投入使用。南湖秀苑小区是农五师和博州建筑面积最大、投资额度最大的环保节能型示范小区，该小区将全部采用地源热泵供暖空调技术，从而极大的减少了对环境的污染，也在一定程度上降低了业主费用支出。 

　　进入二十一世纪，能源紧缺已经成为各国经济发展的世界难题。随着经济的持续发展，人们生活水平的不断提高，对空调的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求，近年来在空调领域兴起了地源热泵供暖空调技术。地源热泵作为一种有益环境、节约能源和经济可行的建筑物供暖及制冷新技术越来越受到关注。