建筑節能中地源熱泵技術的應用

崔振彬

（天津華勘地熱工程有限公司，天津 300170）

1 地源熱泵技術的應用背景

隨著我國經濟的發展和居民消費結構的不斷提升，人們對能源、經濟資源的要求更加迫切。據統計建筑最大的耗能點是采暖和空調，我國在采暖和空調上的能耗占建筑總能耗的55%，且隨著人們生活水平的提升，空調建筑能耗也將進一步增大。如何降低建筑能耗中空調系統的能耗，成為解決成為節能工作中最重要的任務之一。

2 地源熱泵系統工作原理

眾所周知，地下室冬暖夏涼，地源熱泵正是利用大地的這個特點，采用抽水井和回灌井，利用水泵將地下水從抽水井抽上來，與空調機組所產生的冷量或熱量在換熱器內充分換熱，換熱后的地下水再通過回灌井回灌到地下。

地源熱泵系統充分利用土壤中的巨大能量，循環復生。其運行過程中無煙霧，無浪費巨大的能源儲備，既不破壞地下水資源，也沒有任何污染，對環境污染小。地源熱泵70%以上從土壤中獲得能量，只消耗少量的電能，它比普通鍋爐節能70%以上，比普通空調節約40%～50%的能源。

3 地源熱泵在建筑節能中的優勢特點

與普通的中央空調不同，地源熱泵工作時，是從大地中提取冷卻的熱量。因為大地吸收了太陽能的47%，所以更深的地層可以保持一個恒定的地溫。一年四季中，冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低，這使得工作非常有效的加熱和冷卻，輸入1kW的電量可以得到4～5kW以上的制冷制熱量，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%，因此要節能和節省運行費用40%左右。這是地源熱泵獨特運行原理帶來的好處之一。此外，地源熱泵以地能為冷熱源的工作原理，還使得系統在運行時運行的更穩定、更環保。

3.1 運行穩定可靠

土壤溫度一年四季相對穩定，其波動范圍遠遠小于空氣的變化，是熱泵機組很好的冷熱源，這種令土壤溫度更加恒定的特性，使得熱機組運行更可靠、穩定，不存在空氣源熱泵冬季除霜困難的問題，克服了常規的空調，由于外界溫度變化造成更大的功率，制冷和制熱效果差的缺點。

3.2 經濟節能，運行效益高

淺層地熱溫度一年四季相對穩定，一般為10～25℃，在冬季比環境空氣溫度高，在夏季比環境空氣溫度低，熱泵是一個很好的熱源和冷空調，這使得地面源熱泵溫度特性制冷，供熱系數可達3.5～5.5。與傳統的空氣源熱泵相比，其運行費用為普通中央空調的40%～60%，對地源熱泵技術來運行經濟的能源效率高出40%以上。

3.3 一機多用，節約成本

熱泵系統可供暖和制冷，還可供應生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來的基礎鍋爐壓縮空氣調的兩套設備，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，地源熱泵有著明顯的優點，而不是僅節部完成質量函數源，不僅節省了大量能源，而且用一套設備可以滿足供熱和供冷的要求，減少了設備的初投資。

3.4 利用可再生能源

熱泵利用地球表面淺層地熱能不受地域、氣候條件的限制，是一種無限的可再生能源。并且地源熱泵運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量，環境效益明顯。

3.5 系統維護少，壽命長

地源熱泵機組由于工況穩定，所以可以設計簡單的系統，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；另外，地源熱泵系統不是埋在地下就是放置在室內，使用壽命長，一般地源熱泵地上機組正常使用壽命不低于25a，地下埋管可達50a，遠遠高于普通空調機組。

據報道，南婁底村有傳承百年的鉆井技術歷史，村民們具有豐富的鉆井經驗。村民在承攬和參與鉆井工程的同時，根據市場需求，不斷引進鉆井新技術、新方法和先進設備。該村于2007年從石家莊市引進地源熱泵供熱制冷高效節能環保型空調系統，該地源熱泵通過輸入少量的電能，即可實現低溫熱源到高溫熱源的轉移，比傳統空調系統效率高40%，可節省40%左右的運行成本。由于該系統使用電力沒有燃燒，對周圍環境不產生污染和噪聲，且不抽取地下水，不破壞、污染和浪費地下水資源，在保護環境的同時，為該村村民帶來了豐厚的收入。

4 地源熱泵在建筑節能中的推廣建議

國際能源機構、國際地源熱泵協會等行業組織為促進地下水源熱泵提供技術支持，但事實上，國家立法對地下水源熱泵的應用有一定的限制。由于地下水源熱泵需要大量抽取地下水，許多歐美國家一般不鼓勵使用開環系統，鑒于監測管理地下工程的難度較大，美國和其他的發達國家在應用地源熱泵上的表現是相當謹慎，如禁止在地下水源保護區使用地下水源熱泵，要求熱泵循環水同層回灌等。地下水源熱泵在應用的過程中，雖然有了一定的限制，但還有不完善的地方，如：抽水灌溉，由于監管不嚴造成的不平衡，對于項目已經建成，沒有強調對井下監測的需要和執法等。在我國的管理存在一定的漏洞，如：地源熱泵系統搞承包，設計和施工的單位沒有建立資格考試制度的調查，熱泵設計，施工的地下部分，檢驗和其他部門缺乏相應的標準和規范，導致工程質量不過關和資源浪費。

5 結語

地源熱泵系統能效比高、節能性好，是現代最為前沿的空調技術，該技術目前在很多大型建筑項目和一些私家別墅中都有安裝運用。可以預見，未來隨著地源熱泵技術的不斷推廣和運用，這一順應“綠色節能低碳生活”理念的新技術也將被更多的業主認識和接受。

[1]柳曉雷，王德林，方肇洪.豎直埋管地熱換熱器的傳熱模型與計算[J].建筑熱能通風空調，2001，21（2）：1-3.

[2]于明志，方肇洪.土壤凍結對地熱換熱器傳熱的影響[J].山東建筑工程學院學報，2001（1）.