1、前言

 

    近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，改善建筑熱舒適條件已成為一個比較突出的要求。空調(diào)作為目前改善建筑熱舒適條件的工具，然而，隨著空調(diào)設(shè)備的日益普及，建筑耗能量勢必將迅猛增加，對大氣環(huán)境的污染也將日趨嚴重。如何在建筑熱舒適條件得到改善的條件下把建筑耗能量減下來，減輕對大氣環(huán)境的污染，成了暖通界人士首當其沖需要解決的問題。現(xiàn)階段，在保證建筑熱舒適使用功能不降低的情況下，我們應(yīng)采取各種有效的技術(shù)和管理措施，把新建房屋建筑的能耗較大幅度地降下來，對原有建筑物有計劃地進行節(jié)能改造，達到節(jié)省能源、保護環(huán)境和提高人民生活質(zhì)量的目的。地源熱泵作為一種有益環(huán)境、節(jié)約能源和經(jīng)濟可行的建筑物供暖及制冷新技術(shù)越來越受到關(guān)注。它是利用地下相對穩(wěn)定的土壤溫度，通過媒介質(zhì)來獲取土壤內(nèi)冷（熱）能量的新型裝置，可一年四季方便地調(diào)節(jié)建筑內(nèi)的溫度。由于該制冷供熱方式不存在能量形式的轉(zhuǎn)換，幾乎是一種能量的“搬運”過程，因而其能量轉(zhuǎn)換效率高、運營成本低。

 

    2、地源熱泵的工作原理及其節(jié)能特性

 

    2.1地源熱泵的工作原理

 

    地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。

 

    熱泵利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源，可以稱之為“地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。此外，冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣在地源熱泵系統(tǒng)中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率。  地源熱泵（制冷機）是通過作功使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置。建筑的空調(diào)系統(tǒng)一般應(yīng)滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設(shè)置冷源（制冷機）和熱源（鍋爐）。建筑空調(diào)系統(tǒng)由于必須有冷源（制冷機），如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節(jié)省了初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，大大減輕了供暖造成的大氣污染問題。

 

    2.2地源熱泵的節(jié)能特性

 

    地源熱泵系統(tǒng)能充分利用蘊藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循環(huán)再生，實現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷。因而運行費用較低。  地源熱泵比風冷熱泵節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能70%。比燃氣爐效率提高48%。所需制冷劑比一般熱泵空調(diào)減少50% 。

 

    通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，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)省約二分之一的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達4.0～ 4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的50～60％。

 

    地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)是目前世界上最先進的綠色空調(diào)系統(tǒng)。熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)的工作原理是利用環(huán)境（空氣、水和大地）中的低品位熱量，經(jīng)熱泵機組的工作而改變溫度，進而實現(xiàn)對建筑物的供熱和空調(diào)，同時還可以提供生活熱水。

 

    地源熱泵系統(tǒng)通過循環(huán)液在封閉的地下埋管中流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的換熱，利用大地巖土層中的可再生熱能。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，與室外氣溫相比是冬暖夏涼，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。在熱泵機組中消耗1kW的電能可以得到4kW以上的熱量，即能效比大于4。此外，它保持了地下水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點，同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)。因此它是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。

 

    3、地源熱泵獨特的優(yōu)越性

 

    3.1、屬可再生能源利用技術(shù)

 

    地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于400米深）作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

 

    3.2、屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)

 

    地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。設(shè)計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40％的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

 

    3.3、環(huán)境效益顯著

 

    系統(tǒng)運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，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，且不用遠距離輸送熱量。首先，地源熱泵系統(tǒng)不直接消耗煤或燃油、天然氣等礦物燃料，沒有任何直接排放的污染物；其次，地源熱泵將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下土壤中存放，從源頭上根除了空調(diào)系統(tǒng)對城市熱島的影響；再次，高效的地源熱泵系統(tǒng)采用非常嚴格的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了能量輸出和建筑物能量需求的直接對應(yīng)，減少了剩余能量的損耗；第四，高效的地源熱泵系統(tǒng)，輸出同等量的有用能量，僅僅消耗30-60%的電功率，高效的一次能源利用率，是地源熱泵系統(tǒng)環(huán)保效果的最直接原因。

 

    地源熱泵系統(tǒng)省去鍋爐和鍋爐房，全年僅采用電力這種清潔能源，徹底解決了鍋爐造成的大氣污染的問題。由于提高了能源的利用效率，大大減少了由于建筑供熱空調(diào)產(chǎn)生的CO2的排放量。同時避免了地下水源熱泵系統(tǒng)可能造成的對地下水的浪費和污染。它是一種清潔的可再生能源，具有極大的環(huán)境效益。

 

    3.4、一機多用，應(yīng)用范圍廣

 

    地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。此外，機組使用壽命長，均在15年以上；機組緊湊、節(jié)省空間；維護費用低；自動控制程度高，可無人值守。

 

    4、結(jié)束語

 

    地源熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統(tǒng)的另一個顯著的特點是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高約40-60%。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，整個系統(tǒng)的維護費用也較鍋爐－制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。

 

    在建筑空調(diào)系統(tǒng)中采用地源熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應(yīng)氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。地源熱泵（地下耦合熱泵系統(tǒng)）適用范圍廣，運行費用低，節(jié)能和環(huán)保效益顯著。空調(diào)和供熱已成為普通百姓的需求，并逐漸向農(nóng)村和南方擴展，市場前景很好。通過政府部門、科研機構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國外的成功經(jīng)驗，我國的地源熱泵應(yīng)用將得到較快的推廣和發(fā)展。