新型高效建筑節(jié)能技術(shù)地源熱泵應(yīng)用研究

亓振新　徐繼凱　許強　劉曉艷

摘 要：建筑行業(yè)對于綠色建筑的理念中比較關(guān)鍵的技術(shù)就是地源熱泵技術(shù)。本文在介紹地源熱泵技術(shù)的概念和原理的基礎(chǔ)上，對此技術(shù)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢進行分析，重點研究此技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用對于我國建筑節(jié)能的重要意義。

關(guān)鍵詞：地源熱泵技術(shù);建筑節(jié)能;重要意義

在我國目前經(jīng)濟快速發(fā)展和建筑行業(yè)不斷發(fā)展進步的形勢下，人們生活水平不僅有了極大的提高，而且對于建筑使用性能和舒適性也提出了較高的要求。在目前的民用以及公共建筑中，通常為了滿足冬暖夏涼的要求，采用的是冬季燃煤鍋爐系統(tǒng)進行供熱而夏季采用空調(diào)進行制冷的方式。而此種方式在目前全球資源緊缺和環(huán)境惡化的背景下，已經(jīng)無法滿足我國提出的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求。而地源熱泵技術(shù)則是一種新型的空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對地下淺層地?zé)豳Y源的利用來實現(xiàn)冬季供熱，并且在夏季將室內(nèi)的熱量待會地下土壤中來實現(xiàn)制冷，確保室內(nèi)溫度的舒適性。而且比起傳統(tǒng)的燃煤鍋爐制熱以及空調(diào)制冷的方式具有較高的節(jié)能優(yōu)勢。

1.地源熱泵技術(shù)的概念及原理

地源熱泵技術(shù)所采用的原理就是針對不同地區(qū)中在地下一定深度的位置其土壤和地下水的溫度會常年保持在25℃的溫度左右，是人體感覺比較舒適的溫度。其基本原理簡單地說就是將建筑物的供熱以及制冷的管道在此深度的位置進行填埋，然后利用熱泵的原理將室內(nèi)的熱能與地下此位置的熱能進行交換。這樣就可以實現(xiàn)在夏季室內(nèi)溫度較高時，可以將室內(nèi)的熱量帶入地下，并實現(xiàn)與地下較低溫度的熱能進行交換;而在冬季則將地下土壤中的熱能進行取代來實現(xiàn)給室內(nèi)供暖，這樣就可以確保室內(nèi)在全年始終保持一個比較舒適的溫度。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到4—5KW以上的熱量或冷量，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)約二分之一的能量;其制冷、制熱系數(shù)可達4—5，運行費用為普通中央空調(diào)的50—60%。地源熱泵技術(shù)主要有地能換熱系統(tǒng)、熱泵機組系統(tǒng)以及室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)等三大部分組成。其中目前比較常用的熱泵機組主要采用水和空氣型機組以及水和水型機組兩種，就是通過空氣或水作為介質(zhì)來實現(xiàn)室內(nèi)熱能與地下熱能之間的熱能交換。

2.當(dāng)前地源熱泵技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

地源熱泵技術(shù)最早是在上世紀(jì)初由瑞士的科學(xué)家提出的，并且在歐美等發(fā)達國家開始迅速普及，地源熱泵技術(shù)以及市場也不斷成熟，在住宅建筑、公共場所中已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，而且目前有些國家也已經(jīng)開始對生活和工業(yè)廢水進行充分利用，推動地源熱泵的技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用。而我國是在上世紀(jì)80年代開始進行地源熱泵技術(shù)的研究，經(jīng)過了30年左右的發(fā)展，尤其是近年來隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和工業(yè)化以及城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，地源熱泵建筑面積已經(jīng)超過5億平方米，居世界前列，但是在我國目前新增的建筑面積中，地源熱泵建筑面積的占比較低，仍需在進行超低能耗建筑推廣和綠色建筑推廣過程中，增加地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮地源熱泵技術(shù)在建筑節(jié)能方面的作用。

在目前我國重視地源熱泵建筑的發(fā)展，推動地源熱泵技術(shù)不斷進步的同時，地源熱泵的熱源類型也在不斷增加、產(chǎn)業(yè)規(guī)模在不斷擴大，并隨著市場化的運轉(zhuǎn)和不斷成熟也逐漸降低了市場價格，為我國的節(jié)能減排工作做出突出貢獻。地源熱泵系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢為在地下水源熱泵數(shù)量逐漸減少的同時提高其運行效率和效果，主要表現(xiàn)在新型換熱器以及室外機組的研發(fā)不斷深入，國際間的合作不斷增強且在不斷引入先進的國際領(lǐng)先技術(shù)，地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計、施工和運行也更加專業(yè)化。

3.地源熱泵技術(shù)對建筑節(jié)能的重要意義

3.1推動我國建筑節(jié)能的快速發(fā)展

在我國目前推動節(jié)能綠色建筑的過程中，大部分的既有建筑仍然無法滿足目前我國提出的節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且正在建設(shè)的建筑項目中，也有超過80%的建筑達不到以上標(biāo)準(zhǔn)。而發(fā)達國家中此比例進不到一半。尤其我國的建筑數(shù)量基數(shù)較大，因此我國的超出節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)的建筑數(shù)量已遠超出國際水平，對于我國的能源浪費和環(huán)境污染造成不利影響，不符合我國提出了節(jié)能減排以及可持續(xù)發(fā)展的策略要求。尤其是我國北方的大部分城市，冬季需要進行供暖，而且目前主要的供熱方式就是燃煤鍋爐的形式，對于目前北方越來越嚴(yán)重的霧霾天氣產(chǎn)生不利影響。此外，目前我國大力發(fā)展的風(fēng)能、太陽能以及水能等清潔型能源則在建筑中由于技術(shù)以及能源分布等因素而受到一定的限制，導(dǎo)致上述清潔型能源的利用概率較低。但是地源熱泵技術(shù)則可以對我國目前豐富的地下淺層熱能資源進行利用，不僅滿足冬季供熱的需求，也能滿足夏季制冷的需求，可以在我國的建筑項目中廣泛應(yīng)用，對于推動我國建筑節(jié)能發(fā)展提供了發(fā)展方向和有力保障。

3.2具有良好的經(jīng)濟性特點

基于地源熱泵技術(shù)設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)在建筑中進行應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)冬季供熱以及夏季制冷，而且可以進行生活熱水的供應(yīng)，實現(xiàn)一機三用，全年冷熱供應(yīng)，節(jié)省投資和占地，所以說，地源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)的功能比較多樣化，可以采用一套系統(tǒng)來代替原有的供熱系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)。此外，此種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，可以減少建筑項目建設(shè)過程中的空間占用，而且便于后期使用的維護。此技術(shù)還可以提高空調(diào)系統(tǒng)的利用效率，比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的運行效率提高50%以上。而且地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)常年保持在穩(wěn)定的溫度，所以機組可以持續(xù)進行穩(wěn)定的運行，便于進行機組的運行和維護來確保機組的可靠運行。但是相較于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)來說，由于不同地區(qū)具有不同的地形、地質(zhì)條件以及能源結(jié)構(gòu)，所以在進行前期建設(shè)時，采用地源熱泵技術(shù)的投入比較大，投資成本的回收較慢，但是后期的使用和維護費用會遠低于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)和供熱系統(tǒng)等。

3.3地源熱泵技術(shù)具有顯著的環(huán)保效果

在環(huán)境污染問題日益引起人們關(guān)注的同時，我國政府也加大了對環(huán)境保護的投資力度，但是在我國近年來經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，我國對于石油、煤炭等能源的消耗量也在不斷增加，同時也導(dǎo)致大量的廢氣以及廢渣等環(huán)境污染物的產(chǎn)生。所以盡管我國在不斷加大環(huán)境保護的投資力度，但是環(huán)保問題仍然比較嚴(yán)峻，且沒有得到有效的解決。而隨著建筑工程項目的不斷增多，建筑工程建設(shè)以及運營過程中也具有較高的能耗，成為目前我國環(huán)境保護工作以及進行節(jié)能減排工作的重點。在目前建筑行業(yè)中推廣綠色建筑理念的同時，地源熱泵技術(shù)由于具有較低的污染和較低的能耗，可以大大減少建筑工程運營中的能量消耗，所以也成為建筑行業(yè)的環(huán)保急先鋒，成為目前綠色建筑的典型代表。正如前文所述，地源熱泵技術(shù)可以對傳統(tǒng)建筑中所需要的空調(diào)系統(tǒng)、燃煤和燃油等鍋爐系統(tǒng)進行取代，而且在運營過程中可以實現(xiàn)廢氣、廢水、廢渣以及煙塵的“零排放”，所以具有較高的環(huán)境效益。因此，地源熱泵技術(shù)則成為目前在建筑行業(yè)中應(yīng)用的主要的可再生能源技術(shù)，符合我國提出的可持續(xù)發(fā)展的理念，在我國未來的能源結(jié)構(gòu)不斷進行調(diào)整和優(yōu)化的過程中起到重要作用，并且對我國的能源安全也具有重要意義。

4.結(jié)語

地源熱泵技術(shù)在目前取得了較大的進步和發(fā)展，對于建筑節(jié)能發(fā)揮重要作用。在政府鼓勵和政策支持下，還需要繼續(xù)加大對此技術(shù)的支持和宣傳，建立相關(guān)人才的培訓(xùn)機構(gòu)，繼續(xù)開拓地源熱泵技術(shù)的市場。

參考文獻：

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