談對地源熱泵發(fā)展的探析

【摘要】 地源熱泵是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”;夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保、安全可靠、可自動運行等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】 地源 熱泵 熱源 發(fā)展分析

Abstract : Ground source heat pump is a kind of cold/heat source which uses water and can to make heat exchange as Water Source Heat Pump. It has the advantages of efficient energy-saving， environmental protec-tion， safety， reliability and automatic opera-tion，etc.

1.熱泵的工作原理

在我國《暖通空調(diào)術(shù)語標準(GB50155-92)》

中，對“熱泵”的解釋是“能實現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機”;在《新國際制冷詞典(NewInternationalDictionaryofRefrigeration)》中，對“熱泵”的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)”。可見，熱泵在本質(zhì)上是與制冷機相同的，只是運行工況不同。其工作原理是，由電能驅(qū)動壓縮機，使工質(zhì)(如R22)循環(huán)運動反復(fù)發(fā)生物理相變過程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱、在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷得到交換傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱(或制冷)功能。在此過程中，熱泵的壓縮機需要一定量的高位電能驅(qū)動，其蒸發(fā)器吸收的是低位熱能，但熱泵輸出的熱量是可利用的高位熱能，在數(shù)量上是其所消耗的高位熱能和所吸收低位熱能的總和。熱泵輸出功率與輸入功率之比稱為熱泵性能系數(shù)，即COP值(Coefficientof-

Performance)。

2.地(水)源熱泵機組的工作原理

是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為\"熱源\";夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為\"冷源\"。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保、安全可靠、可自動運行等優(yōu)點。

3.地源熱泵同空氣源熱泵相比，有什么優(yōu)點

地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點:(1)全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費用40%左右。(2)冬季運行不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失。(3)地源有較好的蓄能作用。

4.地源熱泵系統(tǒng)的分類及其各自的優(yōu)缺點

4.1Groundwaterheatpumps，GWHPs地下水熱泵系統(tǒng)，也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

其最大優(yōu)點是非常經(jīng)濟，占地面積小，但要注意必須符合下列條件:水質(zhì)良好;水量豐富;回灌可靠;符合標準。

4.2(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統(tǒng)(b)Vertical-

boreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)。(a)和(b)兩種方式都歸屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合熱泵系統(tǒng))，也稱埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)。還有另外一個術(shù)語叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)。這一閉式系統(tǒng)方式，通過中間介質(zhì)(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體，使中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)與大地土壤進行熱交換的目的。

對于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點有:較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點是鉆井費用較高;對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點有:安裝費用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點有:占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。

4.3 Surface-waterheatpumps，SWHPs地表水熱泵系統(tǒng)。通過直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。

其優(yōu)點有:在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系統(tǒng)投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運行費用，在溫暖地區(qū)，湖水可做熱源，其缺點有:在淺水湖中，盤管容易被破壞，由于水溫變化較大，會降低機組的效率。

4.4 Standingcolumnwellheatpumps，SCW單井換熱熱井，也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱為\"熱井\"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致;地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設(shè)施。熱泵機組出水直接在孔洞上部進入，其中一部分在地下水位以下進入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式主要應(yīng)用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。

該系統(tǒng)適用于巖石地質(zhì)地區(qū)，該地區(qū)巖石鉆孔費用高，而與巖石直接換熱，大大提高換熱效率，節(jié)省鉆孔、埋管費用。須得注意分析具體地質(zhì)情況，做好隔熱、封閉、過濾、實際換熱量測算等具體工作。

4.5鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng):適用于空間小，不能單獨采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑或內(nèi)外分區(qū)冬季有大量可利用的排熱的建筑物，冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷，節(jié)省成本;事實證明該系統(tǒng)是高效率、低費用的。

它的補充熱源有水地源、太陽能、電鍋爐、城市熱網(wǎng)……，額外排熱由冷卻塔或水地源來解決。其系統(tǒng)的設(shè)計需要詳細計算各季節(jié)的散熱與排熱及總的中和后的散熱或排熱量來選擇熱源和冷卻塔。

5.影響水源熱泵發(fā)展的相關(guān)因素

5.1國內(nèi)外水源熱泵的技術(shù)發(fā)展狀況

機組發(fā)展目標:自動化、遠程監(jiān)視控制化、滿液式蒸發(fā)器的應(yīng)用、系統(tǒng)優(yōu)化提高COP值;

地源部分:水井形式的回灌問題、埋管形式的換熱器的計算問題，混合式系統(tǒng)(如水環(huán)熱泵系統(tǒng))的精準計算匹配問題

5.2影響水源熱泵發(fā)展的相關(guān)因素

5.2.1政府的地下水政策;

5.2.2眾廠家對回灌技術(shù)的重視程度;

5.2.3向礦山、江河湖海等地表水的推廣;

5.3地下水源熱泵與其他幾種常用供熱方式能量利用系數(shù)比較

熱泵雖然有大于1的制熱系數(shù)，但是僅以此來判斷供熱的經(jīng)濟性還是不夠的。在將電動熱泵供暖和其他供暖方式比較時，還應(yīng)考慮另一個經(jīng)濟指標——能量利用系數(shù)E。能源利用系數(shù)E的定義為，供熱量與消耗的初級能源之比。它除反映了制熱系數(shù)的高低外，還考慮到熱泵利用一次能源(燃料)的效率，它包括發(fā)電效率和輸電效率。

(作者單位:黑龍江省大慶油田熱電廠HSE)