環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術(shù)應(yīng)用研究

文/梁亮 石家莊鐵道大學基建處 河北石家莊 050043

李曉娟、陳福賓 石家莊天源冷暖技術(shù)開發(fā)有限公司 河北石家莊 050000

1、地源熱泵的分類及應(yīng)用

1.1 地下土壤源熱泵

地下土壤源熱泵采用地下土壤作為熱泵的熱源,利用循環(huán)工質(zhì)在封閉的埋管中循環(huán)流動,實現(xiàn)系統(tǒng)與大地土壤間的換熱,既達到利用大地土壤作為熱源,又不抽取地下水源的目的,主要適用于熱負荷需求量較低的建筑物。系統(tǒng)安裝時占地面積較大,鉆井費用較高。如北京中央黨校醫(yī)院大樓就是采用地下土壤源熱泵系統(tǒng)。

1.2 地下水源熱泵

地下水源熱泵主要采用地下水作為熱泵的熱源,要求使用區(qū)域具有豐富和穩(wěn)定的地下水資源,使用過程中要注意地下水的取水和回灌。如北京鴻基花園商場就是采用地下水源熱泵系統(tǒng)。

1.3 地表水源熱泵

地表水源熱泵系統(tǒng)主要采用江河、湖泊、污水等地表水作為熱泵的熱源,適用于靠近江河湖泊等大容量自然水體的區(qū)域。地表水源熱泵系統(tǒng)造價低廉,運行過程的能耗和運行費用較低,維修周期長,穩(wěn)定性較好。如北京奧運村工程就采用地表水源熱泵系統(tǒng)。

2、關(guān)于目前地源熱泵發(fā)展的問題

主要有以下問題：1.觀念轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)空氣源熱泵和燃氣、燃煤供熱技術(shù)相對成熟，地源熱泵作為一種型新空調(diào)系統(tǒng)，典型工程實例不多，認識還不充分，而使得人們選擇地源熱泵系統(tǒng)時會面臨阻力。2.暖通空調(diào)技術(shù)與其它技術(shù)的配合，地源熱泵技術(shù)是暖通空調(diào)技術(shù)與水利、地質(zhì)、鉆井等技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，缺一不可，這要求設(shè)計與施工人員具有較為豐富的知識與經(jīng)驗積累，能夠合理協(xié)調(diào)、做好充分的技術(shù)經(jīng)濟分析。3.地源熱泵對環(huán)境的影響，目前地下水的回灌技術(shù)不完善，同時國家對地下水開采利用有嚴格限制，在一定程度上會影響以水為熱源的地源熱泵進一步推廣；此外土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)鉆井對土壤熱、濕及鹽分遷移的影響研究有待進一步深入，如何使不利因素減少到最小是必須考慮的問題。4.地源熱泵系統(tǒng)投資，地源熱泵系統(tǒng)在不同地區(qū)、不同工程中初投資相差較大，有的工程鉆井費用可能占整個系統(tǒng)初投資的50%以上，就是說在現(xiàn)有條件下并不是所有的地源熱泵系統(tǒng)都是經(jīng)濟合理的，因此有些投資者可能會回到傳統(tǒng)的空調(diào)形式。5.地源熱泵安裝維護，目前地源熱泵系統(tǒng)的安裝費用較高，與電能制冷、天然氣加熱系統(tǒng)相比，地源熱泵安裝費用高出20～25%，它的回收期是5～8年；而且地源熱泵系統(tǒng)的維護較為困難，這在一定程度上會影響它的使用。

3、地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢及經(jīng)濟效益和發(fā)展

3.1 充分利用自然資源實現(xiàn)高效節(jié)能

現(xiàn)階段，太陽能作為一種自然資源備受廣泛應(yīng)用，且太陽能是取之不盡用之不竭的可再生、綠色資源，以此轉(zhuǎn)化為熱能，為人類提供熱源，其經(jīng)濟效益十分明顯。根據(jù)相關(guān)實踐證明：利用地源熱泵，比風冷熱泵、電采暖熱泵、燃氣爐分別節(jié)能40%、70%、48%，而制冷所耗費的能源也相對減少一半以上。由此可見，地源熱泵可以有效利用太陽能的自然資源實現(xiàn)，這對我國節(jié)約能源發(fā)揮著重大作用。地表相當于一個巨大的太陽能收集器，遠遠超過與人類所耗費的能源總數(shù)的500倍之多，為我國大肆利用太陽能資源提供了前提條件。

3.2 具有極大的環(huán)境效益

傳統(tǒng)的供暖、空調(diào)方式分別解決冬季供暖和夏季制冷。其系統(tǒng)投資大、占地多，且對環(huán)境的影響很嚴重。大氣是人類賴以生存的最基本環(huán)境要素之一。然而，由于冬季采用煤炭、燃油和天然氣等作為燃料，燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量的，等氣體造成的大氣污染，嚴重破壞著大氣環(huán)境，降低了人們的生活質(zhì)量。夏季使用的空調(diào)系統(tǒng)同樣存在著：排放，作為重要的溫室氣體是造成全球性氣候變化的主要因素之一，將大量廢熱排人大氣，產(chǎn)生了熱島效應(yīng)，同時還產(chǎn)生令人難以忍受的噪音，使得外界空間環(huán)境條件更加惡化。而地源熱泵則利用大地的蓄熱能力，把夏季多余的熱能排人大地留作冬季取用，把冬季多余的冷能留作夏季取用，源頭上根除了空調(diào)系統(tǒng)對城市熱島的效應(yīng)。地源熱泵的污染物排放很低，系統(tǒng)所使用的制冷劑在工廠里注入并被完全密封，使用過程中絕無泄漏，用戶任何時候均不必添補制冷劑，因而減少了對臭氧層的破壞。熱泵系統(tǒng)可以建造在居民區(qū)內(nèi)，在冬季供暖時省去了鍋爐和鍋爐房，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，不用遠距離輸送熱量，極大限度地改善其他空調(diào)方式的及顆粒物等污染物的排放量；供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染。地源熱泵所使用的地下水可全部回灌，不會對水質(zhì)產(chǎn)生污染；地源熱泵系統(tǒng)不直接消耗煤或燃油、天然氣等礦物燃料，從而達到了綠色環(huán)保的要求。

3.3 運行穩(wěn)定可靠且使用壽命長

傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)不論是水冷還是風冷，換熱環(huán)境均為大氣，由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中，故不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響，降低換熱效率和使用壽命，并且影響了建筑物的外觀；而地源熱泵以土壤作為熱源的主要優(yōu)點在于土壤溫度的相對穩(wěn)定，基本不受外界環(huán)境的影響；埋管熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的能耗；熱泵系統(tǒng)設(shè)計簡單，運動部件比常規(guī)系統(tǒng)少，且安裝在室內(nèi)，自動控制程度高，可無人值守；系統(tǒng)安全無燃燒設(shè)備，不存在爆炸、燃燒的隱患；由于系統(tǒng)不暴露在風雨中，因而維護簡便，機組使用壽命均在20a以上，地埋管換熱器壽命可達40～50a；地源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱平穩(wěn)，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值；把地源熱泵換熱器埋于地下，也不會破壞建筑物的外觀。

結(jié)語：

地源熱泵技術(shù)是一種建筑節(jié)能新技術(shù)，對于降低建筑能耗，減少碳排放，減輕對環(huán)境的污染具有重大的現(xiàn)實意義，值得大力推廣。但地源熱泵技術(shù)復(fù)雜，需要項目各方及規(guī)劃、管線、監(jiān)督部門協(xié)調(diào)配合。且由于其應(yīng)用時間較短，存在一些不足，需要進一步積累工程經(jīng)驗。