谈地源热泵技术

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摘要本文介绍了地源热泵技术原理、优缺点及地源热泵技术节能的意义，分析了目前地源热泵设计中存在的问题，展望了地源热泵在中国的发展前景。

关键词地源热泵系统能源节能能耗

1 引言

随着人口的急剧增长，人均能源的消耗量持续上升，直接导致能源紧张，其中建筑能耗约占总能耗的27%，而建筑能耗中的大部分又是供暖和空调能耗。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，热别是煤炭。矿物燃料燃烧产生大量污染物，大量二氧化硫、氧化氮等有害气体以及二氧化碳等温室效应气体的排放已日益成为各国政府和公众关注的焦点。因此，地源热泵因其高效、节能、环保、有利于可持续发展的特点受到世界各国的关注，近年来在国内也得到了广泛的应用。

2 研究项目概况

兰州市某小区工程包括：1#楼、2#楼、3#楼A段、2#楼C段为26层的高层住宅楼和1栋10层的技术办案用房及2#楼B段2层商铺。本工程建筑面积约为6万多平法米，采用地源热泵技术。地源热泵机房设计在2#楼地下一层，冷热源系统由热泵机组、冷冻水泵、冷却水泵、闭式膨胀水箱、定压补水装置等组成。为了便于地源热泵系统自动控制，空调机组和热水机组单独设置，在使用中互为备用。

3 地源热泵系统

3.1地源热泵系统简介

地源热泵系统作为一种“绿色空调”，是以大地为冷热源对建筑物进行调节的系统。

3.2 地源热泵的原理及组成

地源热泵系统的原理是利用土壤的蓄冷和蓄热性能，通过中间介质在封闭的地下换热器重循环流动，从而实现与土壤的热交换。冬季通过热泵将大地中的热量取出对建筑物进行供暖；夏季通过热泵将建筑物的热量释放到地下，对建筑物进行降温；地源热泵系统可供暖制冷，还可供生活热水；一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置。当然，地源热泵技术不是十全十美的，例如其应用会受到不同地区不同用户和国家能源政策燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约。地源热泵系统主要由四部分组成：浅层低能采集系统、水源热泵机组、室内采暖空调系统和控制系统。

所谓浅层低能采集系统是指通过水将岩土体或地下水、地表水中的热量采集出来并输送给水源热泵系统。室内采暖空调系统主要有风机盘管系统、地板辐射采暖系统、水源热泵空调系统等。

3.3 地源热泵的分类

地源热泵主要分布为水平埋管热泵系统和竖直埋管热泵系统两大类。竖直埋管热泵系统较水平埋管热泵系统有许多优点。水平埋管热泵系统占地面积大，而竖直埋管热泵系统占地面积小，传热过程受地表温度和大气温度的影响较小，因此在本工程中采用了竖直埋管热泵系统。

3.4 地源热泵系统的特点

1） 高效、节能：夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得地源热泵系统的换热效率很高，其耗电量仅为普通系统的40%~60%。

2） 环保、无污染：地源热泵系统在夏季制冷和冬季采暖时，仅需要少量电能，无需锅炉，无燃烧产物排放，有利于保护环境。

3） 低运行费用：地源热泵高效节能的特点决定了它的低运行费用，维修量极少，自动化程度高，无需专业人员操控。

4） 低维护费用：地源热泵系统不带有室外安装的设备，不设冷却塔和屋顶风机，且压缩机的工作稳定。

5） 运行灵活、系统可靠性强：每台机组可独立供冷或供暖，个别机组的故障不形象整个系统的运行，机组 运行工况稳定，几乎不受环境、温度变化的影响。

6） 节省占地空间：没有冷却塔、锅炉房和 其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。

4设计过程中存在的问题

地源热泵技术从开始研究到应用的过程中，虽然它是环保节能先进的空调方式，但仍然存在一些需要注意的问题：

4.1水源和取水许可

应建立在合理的基础之上，前提是必须有可供采取的充足的地下水源，有了水源以后，必须向水务局水资源管理处申报，申报时必须有权威部门的地下水开采和回灌设计报告，得到批复后还必须缴纳水资源使用费，申报时还必须附上第三方确认，特别是取水井邻近城市重大基础设施和重点工程时。

4.2取水和回灌。取水后不进行有效回灌或者回灌不慎，会造成地下水污染，这些都是极不负责任的行为，它造成的损失是无法挽回的，后果不堪设想。应加强对水井抽取后进行回灌，还要对水井进行维护，增加水井的使用寿命，回灌水不应污染地下水源。

4.3要注意水文地质问题

利用地下水源时，要了解地源热泵系统设计的基础资料要在当地完成对工程所在地的井深水温水量水质等原始资料的采集，并保证这些资料的有效性和正确性，对这些资料进行分析研究，这是一项很重要的工作，可是经常在工程实践中被忽视，从而造成了系统的失败。

4.4水质处理问题。如果水质不适合直接使用于地源热泵机组，哪需要采取相应的水处理措施，譬如用过滤器水处理仪、沉淀池等装置处理后再用于地源热泵机组，一般情况下地下水不能直接用于供暖，因为地下水一般会含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐腐蚀性气体及泥沙等物质，可以经过板式换热器间接利用地下水，延长机组寿命，减少维修费用。

5结论

地源热泵作为一种环保节能的空调方式，在我国是一项跨专业、跨学科的综合能源利用的新技术，还需要通过相关专业人员协作，对其进行更深入的研究。目前，在国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面，还没有成型的行业标准和规范，我们期待不久的将来，地源热泵这项可再生能源技术，在我国的利用将走向成熟与完善。