張勇1   楊甫2   

(陜西省建筑設計研究院有限責任公司)

 

    隨著我國經濟的迅速發展，能源的需求不斷擴大，如何合理利用自然資源，保護環境，減少污染物排放，降低常規能源的消耗已經成為暖通空調行業必須面對的一個問題。而地源熱泵的出現恰恰同時解決了上述兩個問題。地源熱泵空調系統是一種以水體或土壤為冷熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內系統共同組成的一種供熱空調系統。根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水熱泵系統和地表水熱泵系統。

 

    工作原理如下1所示。制冷工況下，空調房間冷負荷連同壓縮機的功所轉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，水在回路中往復循環，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5 出來的制冷劑經換向閥8 作用換向,此時換熱器2 轉換成為熱泵機組的蒸發器,循環水流經室外埋管換熱器1 時吸收大地中的熱量在換熱器2 (蒸發器) 中釋放給制冷劑。在室內同樣既可以通過水的循環進行熱量傳遞，也可以使制冷劑直接流經房間換熱器6 與空氣進行熱交換。

    3.1 高效節能

    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定性，其一年四季變化較小。大地溫度冬季比環境空氣溫度高，夏季比環境空氣溫度低,，是極好的冷熱源。 這種溫度特性使得地源熱泵系統比傳統空調系統的運行效率要高40%左右。另外，大地儲存能的穩定性特點，也使得熱泵機組的運行更加可靠和穩定，保證了系統的高效性和經濟性。

 

    3.2 清潔環保

    傳統的熱源都具備燃料過程，其不可避免的產生各種廢氣，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中蒸發器和冷凝器的功能轉換原理。不存在廢氣和溫室氣體的排放，對大氣無污染，屬于綠色環保技術。同時，地源熱泵的應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 可再生性和應用的廣泛性

    地源熱泵系統的能量來源-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，其儲存規模遠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，并應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，特別是別墅住宅的采暖及空調。

 

    4.1 地源熱泵的國外應用情況

    地源熱泵這個概念最早出現在1912 年瑞士的一份專利文獻中。在20世紀50年代，歐洲和美國出現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達國家取得了快速地發展，已成為一項成熟的應用技術。在美國，地源熱泵空調系統占整個空調系統的40%，是美國政府極力推廣的節能、環保技術。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用情況和發展前景

    我國的地源熱泵技術起步較晚，不過可喜的是正在有條不紊的向前發展。國內的地源熱泵發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形式，近幾年才開始快速增長，且出現了應用于較大建筑規模的實例。目前在我國來說，技術上比較成熟、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。這方面的設備廠家在數量和規模上也在不斷增長。不過因為國內還沒有頒布地源熱泵機組的生產技術標準，且目前存在的技術標準不統一，設備質量參差不齊，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濟的快速發展，綜合國力的提高，同時也是環境質量的風向標。地源熱泵技術的出現為解決上述問題指明了一條道路，同時，這項技術在國外的成功應用也說明這條道路具有十分的可行性，我國地質環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、環保、節能的空調冷熱源形式 具有十分光明的市場前景。在地源熱泵技術的應用中, 盡管還有許多技術問題需要解決, 但由于其技術上的優勢和節能、環保、可持續發展等優點，以成為建筑物供暖和制冷的合理方案之一。在能源可持續發展戰略中，地源熱泵將會不斷受到人們的重視與青睞。

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)