環保節能地源熱泵技術應用研究

鄭宏偉

（梨樹縣環境監察大隊 吉林四平 130700）

隨著我國經濟快速發展，能源消耗量迅猛增加，但一直以來沒有引起人們的重視，直到近幾年，能源的短缺極具加重，大量的煤炭消耗引起地球環境危機。人們才更注重對新能源、新技術的開發利用。地源熱泵技術作為一種利用新型能源技術，也越來越受人們的關注，地源熱泵技術是一種利用豐富的地能，為人們創造冬暖夏涼的環境，因此做好此項技術的開發和應用具有廣闊的前景，也必將成為未來能源利用技術的重要組成。

1 地源熱泵的結構和工作原理

1.1 地源熱泵系統的構成

地源熱泵系統主要包括室外地源換熱系統、還包括熱泵機組以及包括室內空調末端系統，由此三部分構成。熱泵機組是地源熱泵系統的主動力部分，是由制冷壓縮機和蒸發器設備、還有冷凝器和膨脹閥等設備構成相應的回路。其中壓縮機可以說是熱泵系統核心部位，是心臟，需要電來驅動，通過不斷地壓縮及輸送使循環工質由低壓低溫壓縮到高溫高壓，并且不停地地進行循環；蒸發器可以對冷量進行輸出的一種設備，它的作用是蒸發由節流閥流入的制冷劑的液體，主要是可以吸收或帶走被冷卻物體的熱量，來實現制冷的目的；冷凝器是對熱量進行輸出地一種設備，把由蒸發器吸收的熱量及壓縮機產生的熱量在冷凝器中被介質帶走，以實現制熱的目的；膨脹閥以及節流閥對循環工質具有節流降壓的作用，可以適當地調節循環工質的流量。

1.2 熱泵系統的工作原理

熱泵的工作原理是:壓縮機不斷地吸人由蒸發器制造的低壓而且低溫的制冷劑蒸汽,需要維持蒸發器內一直處于低壓過程,從而創造了蒸發器里存在的制冷劑液體需要不斷地處于低溫狀態下對載冷劑熱量的不斷地吸收，因而達到沸騰狀態;其經過吸人的蒸汽需要再進行壓縮處理使其壓力和溫度均都升高,從而創建液化制冷劑的必備條件;處于高壓和高溫狀態的蒸汽被排人冷凝器之后,在維持壓力不變的狀態下,被冷卻介質(水)進行相應的冷卻,釋放出相應的熱量,從而降低溫度,再進而凝結成為液體狀態,經過冷凝器而排出;由于高壓制冷劑產生的液體在經過節流閥過程中,又由于其受到阻力作用致使壓力下降,因而致使一部分制冷劑液體被氣化,由于其吸收了氣化狀態時的潛熱,導致其本身溫度也發生相應的降低,因而成為低壓而低溫狀態下的濕蒸汽,流人蒸發器內;在蒸發器內部,制冷劑液體在維持壓力不變狀態下,由于其吸收載冷劑的熱量因而被氣化,進而成為低溫而且低壓的蒸汽，同時被壓縮機吸走,就這樣不斷地周而復始地循環。其工作原理如圖1所示。

熱泵工作過程原理圖1

2 地源熱泵系統的應用

2.1 地源熱泵系統的適用條件

地源熱泵系統通常需要具有處于地下30m到300m深度、而且溫度不低也不高的恒溫帶成為其熱泵系統的“源”以及“匯”的地下工作環境,以及一年四季空調熱泵本身需夏季排熱以及冬季取熱的優勢特點。為保證熱泵的高效性、穩定性、以及可持續性地工作,建設地源熱泵系統需要遵循下面適用條件

2.1.1 一年四季需要室外空氣平均氣溫達到溫度10至20攝氏度，（或者地下恒溫帶溫處于10一20℃）的地域;

2.1.2 打井的地質條件要具有經濟可能性的地域，并具有一定量的淺層地下水資源條件的的地域；

2.1.3 一年四季向地下總排熱量同總取熱量保持相等或著維持接近狀態的供熱供冷工程,否則需要一定量的工程的補救輔助手段和措施;

2.1.4 夏季供冷溫度可達到不低于五攝氏度,冬季供熱溫度可達到不高于六十攝氏度的工程。

2.2 地源熱泵技術應用優勢

2.2.1 充分采用自然資源中的太陽能來實現高效節能，太陽能是取之不盡、用之不絕的，具有可再生性的綠色能源，對于地表淺層可以吸收百分之四十七的太陽能，它等同于巨大的太陽能集熱器作用，甚至超過于人類五百倍年使用能量。在冬季，地源熱泵運用儲存于地表淺層的巨大的能源來作為其熱能的來源；而在夏季就以地表淺層內的恒溫地能溫度來作為其冷源，僅僅需要小小功率的壓縮機就能對其實施能量轉換的。因此它是具有實質意義上的高效節能設施。

2.2.2 具有極大的環境效益

地源熱泵通過利用大地自身的蓄熱功能，把夏季多余太陽能熱排入大地內因而可以留作冬季備用，又可以把冬季多余冷能留給夏季備用，從根本上鏟除了空調系統帶來的熱島的效應。地源熱泵是污染物排放超低的系統，其用的制冷劑呈完全密封狀態，且無泄漏問題，因此不必添加制冷劑，極大地減少了對臭氧層的破壞。熱泵系統被建造用于居民區內，可以實現冬季取暖夏季取涼的功能，取代了燃煤鍋爐，極大地改善了CO2及顆粒物造成的污染。同時也可避免冷卻塔的噪音影響。由于地源熱泵系統不直接消耗煤及天然氣等礦物資源，因此達到了純綠色環保的要求。

3 結語

地源熱泵技術是一種清潔而高效節能的安全技術，具有廣闊的發展前景，但是目前需要在技術上不斷地完善，提高地源熱泵技術的適用性，使其能夠滿足更多區域的地質條件。因此加強地源熱泵技術的應用研究對我國的經濟可持續發展具有重要意義。

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