淺析地源熱泵及其相關(guān)問題

畢福強(qiáng),唐 聰

（1.大連鴻源熱能工程有限公司；2.大連鴻源熱能工程有限公司,遼寧 大連 116000）

淺析地源熱泵及其相關(guān)問題

畢福強(qiáng)1,唐 聰2

（1.大連鴻源熱能工程有限公司；2.大連鴻源熱能工程有限公司,遼寧 大連 116000）

作為高效節(jié)能的能源，地源熱泵為城市生產(chǎn)生活帶來諸多的便利。因此，本文從地源熱泵的工作原理、具有的優(yōu)勢(shì)以及需要注意的相關(guān)問題進(jìn)行了分析。

地源熱泵；優(yōu)勢(shì)；具體問題

0 引言

作為一種節(jié)能的新技術(shù)，地源熱泵是主要應(yīng)用在建筑物的空調(diào)中進(jìn)行制冷供暖的調(diào)節(jié)，對(duì)夏季炎熱、冬天寒冷的地區(qū)，地源熱泵技術(shù)夏季制冷、冬季供暖的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地源熱泵技術(shù)以其節(jié)能以及運(yùn)營費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，開始廣泛的應(yīng)用在賓館、醫(yī)院、學(xué)校、寫字樓等結(jié)構(gòu)，同時(shí)，還可以應(yīng)用在民用建筑中。作為空調(diào)系統(tǒng)中最有前途的技術(shù)，地源熱泵受到初期投資大的制約因素影響，還沒有快速的普及開來。

1 地源熱泵的工作原理

地源熱泵是“熱泵”的一種，“地源”的意思是能量來源于大地，這一點(diǎn)與空氣熱泵不同。夏季制冷是將大地作為排熱場(chǎng)所，排放室內(nèi)熱量到大地中以及壓縮機(jī)耗能通過地盤管進(jìn)行排放，通過土壤導(dǎo)熱和水分的遷移，將熱量擴(kuò)散出去。夏季制冷時(shí)，大地作為排熱場(chǎng)所，把室內(nèi)熱量以及壓縮機(jī)耗能通過埋地盤管排入大地中，再通過土壤的導(dǎo)熱和土壤中水分的遷移把熱量擴(kuò)散出去。在冬季進(jìn)行供熱要將大地作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩矗乇P管從土壤中獲取熱量為室內(nèi)供熱。兩個(gè)換熱器同時(shí)可以作為冷凝器和蒸發(fā)器使用，根據(jù)季節(jié)的不同，發(fā)揮的功能也不同。實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)化是有換向閥進(jìn)行控制。地源熱泵技術(shù)從大地汲取熱量，在冬季將夏季續(xù)存的熱量使用，保持熱量的平衡。

2 地源熱泵較具有的優(yōu)勢(shì)

地源熱泵技術(shù)和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，在能耗費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，地源熱泵使用在商業(yè)中的平均年耗0.97 $·ft-2，傳統(tǒng)空調(diào)為1.17$·ft-2，可以節(jié)省的能源達(dá)到百分之十七，若使用在住宅建筑中，可以使能耗降低百分之三十二。之所以地源熱泵可以降低能耗，利用大地?fù)Q熱性能優(yōu)于空氣換熱，夏季制冷，大地較空氣的溫度低，這樣有利于將熱量排出室外；在冬季和夏季相反。

在維護(hù)費(fèi)用方面，在Douglas Cane 等對(duì) 二十五個(gè)加拿大和美國的應(yīng)用地源熱泵的實(shí)例進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，按照不同建筑類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)年均費(fèi)用，地源熱泵的優(yōu)勢(shì)很明顯，從最早在一九八一年投入運(yùn)營，最晚的時(shí)間為一九九五年，實(shí)例維修發(fā)生中，只有三個(gè)實(shí)例是利用外部承包商進(jìn)行維護(hù)的，其他二十二個(gè)都是內(nèi)部員工完成的，人工費(fèi)用僅限于在工人工資中，合起來叫“基本費(fèi)用”，表二所示的是在基本費(fèi)用上進(jìn)行修正后的數(shù)值，將內(nèi)部工人的雇傭費(fèi)以及加班費(fèi)等進(jìn)行修正補(bǔ)償?shù)娜粘９芾碣M(fèi)用和加班費(fèi)。

表1 按建筑類型劃分的年均總維護(hù)費(fèi)用（考慮到承包商的利潤(rùn)）

3 開發(fā)地源熱泵應(yīng)注意的問題和措施

3.1 開發(fā)地源熱泵應(yīng)注意的問題

在我國，地源熱泵技術(shù)的起步發(fā)展是比較晚的，很多技術(shù)研究工作都是在借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上完善完成的，系統(tǒng)受到地域性的影響是很大的，因此，在進(jìn)行地源熱泵技術(shù)的研究過程中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）在應(yīng)用地源熱泵技術(shù)前，要對(duì)地域土壤的熱物性進(jìn)行研究，掌握不同土壤的性能對(duì)于對(duì)熱泵運(yùn)行效率起關(guān)鍵性的作用，從而選擇適合的換熱器。

（2）建筑在應(yīng)用地源熱泵這種技術(shù)時(shí)，一定要做好對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)行合理布置，布置前要確保系統(tǒng)的合理運(yùn)行。

（3）應(yīng)用土壤地源熱泵系統(tǒng)，要其他聯(lián)機(jī)設(shè)備聯(lián)合使用情況進(jìn)行探討，其他聯(lián)機(jī)包括冷卻塔以及太陽能等其他設(shè)備的聯(lián)機(jī)使用，只有不斷的研究探索，才能提升土壤地源熱泵的使用效率。

（4）傳熱過程受到影響、傳熱效率降低，受到埋管地下熱交換器存在熱短路的影響，因此要進(jìn)一步對(duì)高豎埋管進(jìn)行研究，以減小短路，是開發(fā)地源熱時(shí)需要注意的問題。

（5）加強(qiáng)回填材料熱物性的分析與研究。

3.2 開發(fā)地源熱泵應(yīng)采取的相關(guān)措施

在中國，地源熱泵已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，由于很多客觀因素的制約，使得地源熱泵技術(shù)沒有很快的普及開來，筆者認(rèn)為開發(fā)地源熱泵技術(shù)要采取下面幾個(gè)措施：

（1）土壤熱物性的相關(guān)資料一定要在技術(shù)應(yīng)用之前進(jìn)行好詳細(xì)的研究探索，為地源熱泵的設(shè)計(jì)提供參考資料。

（2）地源熱泵空調(diào)在進(jìn)行開發(fā)過程中，要將配套的管材管路配件及熔接設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行研究，最大程度上降低投資；研究專門的鉆井、下管、封井設(shè)備和技術(shù)，并用規(guī)范化來縮短施工周期，從而降低施工費(fèi)用。

（3）為了緩解地溫變化的程度，管間距、系統(tǒng)間隔運(yùn)行、管群之間交義運(yùn)行或增設(shè)輔助設(shè)備要選擇適當(dāng)，同時(shí)為了不影響土壤與系統(tǒng)的換熱，周圍的土壤與埋地?fù)Q熱器要有足夠的傳熱溫差。

（4）為了不斷的提升地源熱泵技術(shù)，要對(duì)已經(jīng)竣工的系統(tǒng)進(jìn)行分析總結(jié)，逐漸的形成成熟的地源熱泵的設(shè)計(jì)方法。

（5）地源熱泵技術(shù)的推廣和應(yīng)用需要專業(yè)領(lǐng)域的人員進(jìn)行知識(shí)的傳播，政府要做好政策引導(dǎo)，使大眾提升對(duì)此技術(shù)的了解。

4 結(jié)語

地源熱泵技術(shù)的研究發(fā)展，給好能耗的空調(diào)領(lǐng)域帶來了技能高校的發(fā)展前景，這是一種綠色環(huán)保的技術(shù)，雖然在我國起步較晚，受到地域土壤性能的不同，研究起來存在不同的困難，但是隨著技術(shù)的不斷完善，每一個(gè)地區(qū)應(yīng)該結(jié)合自身的發(fā)展特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)的應(yīng)用和完善，為城市建設(shè)和人民生活水平的提升不斷的努力。

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