淺析地源熱泵技術的應用及優越性

于文華+趙立榮

摘要：文章闡述了地源熱泵的基本原理，介紹它的應用、優越性及注意問題，使人們了解到其實際上就是利用地熱能，以土壤、地下水、地表水等作為冬季熱源和夏季冷源，通過熱泵機組向建筑物提供熱量和冷量的新型中央空調系統。

關鍵詞：地源熱泵；地源熱泵原理；新型中央空調系統

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0029-02

伴隨著溫室效應和全球極端天氣的頻發，淺層地熱能的開發利用作為一種有益于環境保護和可持續發展的冷熱源形式，受到了廣大公民的普遍關注，很多城市紛紛試點地源熱泵項目，以求高效制冷或供暖。地源熱泵作為一種利用可再生能源的暖通空調新技術，是建筑節能領域國際上通用的高效節能技術，在我國已經有了一段時間的發展歷史，但是大多數人對其了解的程度是有限的。

1 地源熱泵原理

地源熱泵的作用是從低位熱源中吸取能量，并把它傳遞給高位熱源。在這個過程中雖然消耗了一定的高品位能源，但是向高位熱源供給的卻是從低位熱源中提取出的能量與高品位能源之和。因此，熱泵裝置是一種節能裝置。其工作原理與制冷機相同，都是按照熱機逆循環工作的，不同的是工作溫度范圍不同。

地源熱泵具有高效節能的優點，由于地下“冬暖夏涼”，冬季供熱時，大地作為熱泵機組的低溫熱源，通過埋地盤管獲取土壤中熱量為室內供熱及供應熱水。夏季制冷時，將大地作為排熱場所，把室內的熱量通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導熱和土壤中水分的遷移把熱量擴散出去。

2 地源熱泵的應用

地源熱泵機組按低位熱源類型，分為水環熱泵機組、地表水和地下水源熱泵機組和地下環路式水源熱泵機組（即土壤源熱泵機組）。

地下水源熱泵利用時需要充分了解地下水量、水溫、水質，地下水類型，含水層巖性、分布、埋深及厚度，含水層的富水性和滲透性，地水下徑流方向、速度、水力坡度、補給、排泄條件；地水水位動態變化。

地表水源熱泵利用的是江、河、水庫、湖體等水體。初始水溫分布情況，直接決定了采用該水體能否作為低位冷熱源。由于這些水體的水溫分布情況不一致，水體可分為流動水體和靜止滯留水體。

地源熱泵的應用技術有兩種：土-氣型地源熱泵技術和水-水型地源熱泵技術

土-氣型地源熱泵技術是從淺層土壤或地下水中取熱或向其排熱，通過分散布置于各個房間的地源熱泵機組直接轉換成熱風或冷風為房間供暖或制冷。水-水地源熱泵技術是從地下水中取熱或向其排熱，經過熱泵機組轉換成熱水或冷水，然后再經過布置在各個房間的風機盤管轉換成熱風或冷風給房間供暖或制冷。由于土-氣型地源熱泵技術，可以不用地下水，采用埋設垂直管、水平管或向地表水拋設管路等多種方式，直接從淺層土壤取效或向其排熱，不受地下水開采的限制，因而應用的范圍更大、更靈活。

地源熱泵的應用目前為止已不僅體現在地下水及地表水當中，還可以拓展到廢熱回收利用上。很多大型的污水處理廠，其出水二級中水經深度處理后進入電廠汽輪發電機的凝汽器，作為電廠的冷卻循環水，冷卻電廠汽輪機排汽，帶走部分余熱，使水溫升高。傳統生產工藝中這部分水會進入電廠冷卻塔，通過風冷將水中的凝汽熱量散發到大氣中，水可以循環利用。為了節約熱能，同時減少蒸發水損失，利用地源熱泵技術提取這部分冷卻循環水中的熱能加熱供暖循環水至70℃以上，對廠區周邊的住宅供暖。電廠排汽冷卻介質的再生中水為水源，采用地源熱泵機組提升溫度，吸收以前被當做工業廢熱向大氣排放的凝汽熱量對居民進行供暖。這樣即有利于電廠冷卻循環水側形成閉式循環，減少水量蒸發損失，又能夠回收熱能用于供暖。即環保又節能，是一種新型的潔凈供熱技術，也是城市集中供熱的一個新的發展方向。

3 地源熱泵的優越性

地源熱泵相對分體空調，有很大的節能優勢.其節能性主要體現在冬季供暖，經濟效果顯著。據有關資料顯示，地源熱泵系統冬季相對常規分散鍋爐供暖系統平均節能率為30%，應用效果好的項目節能率達43%。

采用地源熱泵系統供暖在幾種供暖方式中能量轉換系數最大，因此在運行費用的節省上也占有一定的優勢。調查結果表明：各種供暖方式中，燃煤鍋爐房費用最低，其次是地源熱泵，再次為天然氣鍋爐房，最貴的是燃油鍋爐房。

地源熱泵技術被稱為“綠色”供暖系統，利用少量的電能輸入實現可再生能源的利用，能夠節約一次能源煤的耗量，同時也減少了污染氣體的排放，緩解溫室效應和“酸雨”現象。根據測試結果，北方地區采用地源熱泵采暖相對于常規的燃煤鍋爐供暖，每個供暖季每平方米可減二氧化碳排放21Kg，減少二氧化硫排放0.7Kg，減少氮氧化物0.6Kg。

據相關資料顯示，暖通空調能耗占全國總能耗的比例達22.75%，地源熱泵符合國家的能源發展政策，利用可再生資源，中央空調系統無需鍋爐及鍋爐房，無需冷卻塔，節省采暖鍋爐的燃料消耗，節省鍋爐、鍋爐房、冷卻塔等設備投資，節省鍋爐污染治理投資，節省鍋爐運行管理人員成本。

地源熱泵技術屬可再生能源利用技術，它利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400米深）作為冷熱源進行能量轉換。地表淺層地熱資源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

4 應用地源熱泵注意問題

地熱水的性質地熱水中不同程度的來自熱儲中的巖粉、巖屑或砂土等碎屑物，長期利用中，可對容器產生沉淀和堵塞；有的地熱水含有較高的低價鐵和錳，在空氣中氧的作用下，使水變成鐵銹色，并使陶瓷等容器附著鐵銹色，影響水和容器等使用設備的感觀；有的地熱水含有多種腐蝕性化學組分，往往對地熱利用設備造成嚴重的腐蝕破壞，直接影響設備的使用壽命；還有的地熱水礦化度較高，利用時溫度降低，會使溶解其中的有些固體物質超過飽和度而在利用系統中產生結垢，造成設備及輸水管道的堵塞。為此，利用地熱水一般應依據水質條件及用途作相應的處理，使設備保持良好的狀態，延長使用壽命。

地熱水的處理方法地熱水處理方法視水質和用途而定，處理方法可分為物理方法和化學方法兩大類：物理方法包括：過濾法——用于清除地熱水中的沉淀物；氧氣隔離法——嚴格控制地熱利用系統中地熱水與空氣的接觸，不使氧進入熱水系統，達到防腐目的；涂防腐涂料法——對接觸地熱水的設備噴涂防腐涂料，達到防腐目的；利用特種材料如不銹鋼、陶瓷、塑料等不易腐蝕的材料制成的設備。化學方法：主要是在地熱水中加入一定的化學劑，達到防腐除垢等目的。

地源熱泵是一種利用大自然能源的一種中央空調系統，如果采用地下水作為能源國家是很限制的，為民保護地下水資源，避免水資源的流失，一定要保證取出的地下水全部回灌。熱泵系統應安裝回灌水量、水位和回灌水質的監測裝置，對地下水資源合理的保護。

5 結語

地源熱泵是一種新的中央空調工藝方式。該技術不破壞地下水資源，不造成空氣熱污染，不產生任何廢氣和廢棄物，具有零污染的良好品質。目前我國在建筑能耗中，有將近65%是采暖和空調能耗，且仍在上升中，因而運用這項技術有良好的節能前景。

參考文獻

[1] 暖通空調手冊.

[2] 高層建筑設計技術.

作者簡介：于文華（1975—），女，吉林遼源人，通鋼板石礦業公司工程師，研究方向：給水排水。