張勇1   楊甫2   

(陜西省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司)

 

    隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源的需求不斷擴(kuò)大，如何合理利用自然資源，保護(hù)環(huán)境，減少污染物排放，降低常規(guī)能源的消耗已經(jīng)成為暖通空調(diào)行業(yè)必須面對的一個問題。而地源熱泵的出現(xiàn)恰恰同時解決了上述兩個問題。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種以水體或土壤為冷熱源，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)共同組成的一種供熱空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)和地表水熱泵系統(tǒng)。

 

    工作原理如下1所示。制冷工況下，空調(diào)房間冷負(fù)荷連同壓縮機(jī)的功所轉(zhuǎn)化的熱量被排入大地室外埋管換熱器1 與換熱器2(此時換熱器2 在熱泵機(jī)組中起冷凝器作用) 之間，通過管道連接成一個封閉回路，在水泵7 的作用下，水在回路中往復(fù)循環(huán)，在換熱器2 中吸收制冷劑的熱量，通過室外埋管換熱器1 傳入大地;供熱工況下，從壓縮機(jī)5 出來的制冷劑經(jīng)換向閥8 作用換向,此時換熱器2 轉(zhuǎn)換成為熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器,循環(huán)水流經(jīng)室外埋管換熱器1 時吸收大地中的熱量在換熱器2 (蒸發(fā)器) 中釋放給制冷劑。在室內(nèi)同樣既可以通過水的循環(huán)進(jìn)行熱量傳遞，也可以使制冷劑直接流經(jīng)房間換熱器6 與空氣進(jìn)行熱交換。

    3.1 高效節(jié)能

    由于地源熱泵利用儲存在大地中的能源，它具有其他能源無可比擬的穩(wěn)定性，其一年四季變化較小。大地溫度冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低,，是極好的冷熱源。 這種溫度特性使得地源熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的運行效率要高40%左右。另外，大地儲存能的穩(wěn)定性特點，也使得熱泵機(jī)組的運行更加可靠和穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。

 

    3.2 清潔環(huán)保

    傳統(tǒng)的熱源都具備燃料過程，其不可避免的產(chǎn)生各種廢氣，或者CO，CO2等溫室氣體。而地源熱泵其工作過程僅僅是利用制冷循環(huán)中蒸發(fā)器和冷凝器的功能轉(zhuǎn)換原理。不存在廢氣和溫室氣體的排放，對大氣無污染，屬于綠色環(huán)保技術(shù)。同時，地源熱泵的應(yīng)用可以大量的替代中小型鍋爐房，具有十分積極的意義。

 

    3.3 可再生性和應(yīng)用的廣泛性

    地源熱泵系統(tǒng)的能量來源-地球表面淺層，是一個巨大的太陽能集熱器，收集了約47%的太陽能量，其儲存規(guī)模遠(yuǎn)超人類每年所需能量的總和。且太陽能本身就是一種可再生能源，使得地層儲存能也具備可再生性和可持續(xù)性。

 

    同時，地表淺層儲存能不受地域限制，具有量大而面廣、無處不在等特點。可以大范圍的替代鍋爐房，并應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，特別是別墅住宅的采暖及空調(diào)。

 

    4.1 地源熱泵的國外應(yīng)用情況

    地源熱泵這個概念最早出現(xiàn)在1912 年瑞士的一份專利文獻(xiàn)中。在20世紀(jì)50年代，歐洲和美國出現(xiàn)了研究地源熱泵的第一次高峰。

    近20年來，地源熱泵在歐美等發(fā)達(dá)國家取得了快速地發(fā)展，已成為一項成熟的應(yīng)用技術(shù)。在美國，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。每年約提供8 000～11 000GW·h 的終端能量，具有十分的客觀性。

 

    4.2 地源熱泵在中國的應(yīng)用情況和發(fā)展前景

    我國的地源熱泵技術(shù)起步較晚，不過可喜的是正在有條不紊的向前發(fā)展。國內(nèi)的地源熱泵發(fā)展主要以地下水源采灌方式為主，而地下埋管方式做為熱源的熱泵系統(tǒng)形式，近幾年才開始快速增長，且出現(xiàn)了應(yīng)用于較大建筑規(guī)模的實例。目前在我國來說，技術(shù)上比較成熟、利用可行性較大、實施的工程項目較多的還是地下水熱泵系統(tǒng)。這方面的設(shè)備廠家在數(shù)量和規(guī)模上也在不斷增長。不過因為國內(nèi)還沒有頒布地源熱泵機(jī)組的生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且目前存在的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，設(shè)備質(zhì)量參差不齊，在以上方面還有待提高。

    

    我國是一個能源大國，同時也是一個耗能大國，能源問題不僅制約著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綜合國力的提高，同時也是環(huán)境質(zhì)量的風(fēng)向標(biāo)。地源熱泵技術(shù)的出現(xiàn)為解決上述問題指明了一條道路，同時，這項技術(shù)在國外的成功應(yīng)用也說明這條道路具有十分的可行性，我國地質(zhì)環(huán)境的豐富性也為地源熱泵的普及提供了條件。

 

    地源熱泵作為一種高效、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)冷熱源形式 具有十分光明的市場前景。在地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用中, 盡管還有許多技術(shù)問題需要解決, 但由于其技術(shù)上的優(yōu)勢和節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，以成為建筑物供暖和制冷的合理方案之一。在能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中，地源熱泵將會不斷受到人們的重視與青睞。

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)