地源热泵在建筑节能中的应用评析

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摘要：随着当前经济的快速发展，高层建筑和住宅的供热和空调已经成为一种普遍的需求。而热泵作为一种把热量由低品位上升到高品位的特殊装置而受到了人们的青睐，使用地源热泵可以有效减少大气污染、节约能源消耗，使用这种以消耗少量高品位能源的装置已经成为改善城市大气污染和节约能源的一种有效途径，是我国进行能源消耗研究的一个新的发展方向。基于此，文中笔者就地源热泵的原理、现状及地源热泵在建筑节能中的应用进行了阐述，进而对地源热泵系统的优势及地源热泵所显现出来的经济效益进行了分析。

关键词：地源热泵、建筑节能、发展趋势

中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

由于当前社会的不断进步，各种高层建筑及住宅的急剧增加使得我国的能源消耗问题成为我国政府和公众关注的焦点。地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤中的能量作为新型空调技术。浅层地下能源是一个巨大的太阳能集热器，这个储温层储存了取之不尽、用之不竭的低温可再生能源。地源热泵正是能够将大地中的低品位热上升到高品位热的特殊装置，这种以消耗少量高品位能源的装置在城市建设中已经成为人们改善大气污染和节约能源的一种新的途径，是我国进行能源消耗研究的一个新的发展方向。基于此，文中笔者就地源热泵的原理、现状及地源热泵在建筑节能中的应用进行了阐述，进而对地源热泵系统的优势及地源热泵所显现出来的经济效益进行了分析，希望能够籍此促进与广大同行间的学术交流，以供参考。

二、地源热泵在建筑节能中的意义

我国是一个发展中大国，同样也是一个建筑大国，新建房屋面积每年高达17-18亿平方米，比所有发达国家每年建成建筑面积的总和都多。随着我国全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。建筑能耗指建筑使用能耗包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等多方面的能耗。其中采暖、空调能耗约占其中的60%~70%。我国共有的近400亿平方米建筑，只有1%为节能建筑，不论是从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量，其余的均属于高耗能建筑。单位面积采暖所耗能源相当于相近的发达国家的2~3倍。这是主要是因为我国的建筑围护结构保温隔热性能差，采暖用能的2/3白白浪费了。而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不够1亿平方米，建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近三成因此被称为二十一世纪“绿色空调技术”的地源热泵对于建筑节能有着深远的意义。

三、地源热泵系统的制冷制热原理

地源热泵的原理是水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季利用地下水（水的比热熔高）把热量利用起来，供给室内取暖，这时地能为“热源”；夏季室内温度较高，对这一特点加以利用提取室内热量，释放到地下水、土壤或地表水中，这时地能为“冷源”。

1、制冷机理

在制冷状态下，冷媒受地源热泵机组内的压缩机做功，让其进行汽-液转化的循环。使室内空气所产生的热量利用空气热交换器吸收到冷媒中。在冷媒循环的这一条件下‘通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，冷媒所产生的热量由水循环吸收，最后再转移到地下水或者土壤里。在这一准换的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以十三度以下的冷风作为房供冷的标准。

2、制热原理

在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。地下水或土壤中的热量由地下的水路循环吸收，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，水路循环中的热量被吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，冷媒所携带的热量由空气循环被吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，会以35℃以上热风形式向室内供暖。

四、地源热泵空调的优缺点

1、使用寿命长

地源热泵空调系统的寿命一般都比较长，如在对地源热泵的地下埋管时，通常选择聚丙烯或者聚乙烯塑料管，其使用寿命可长达50年之久。这要比一般空调高出35年使用寿命。

2、日常维护费用较低

由于地源热泵系统中运动部件比常规系统的运动部件要少，因而可以减少维护费用，又由于系统通常安装在室内，不是暴露在风雨中，可以避免遭损坏，延长寿命，更加可靠。

3、高效节能，稳定可靠

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季是相对稳定，一般17度是土壤与空气的温差，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%～60%，所以要节能和节省运行费用大约40％－50％。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户就可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。

4、不抽取地下水，不破坏地下水资源；没有环境污染

在污染排放问题上，地源热泵与空与电供暖相比较，相当于减少70％以上，与气源热泵相比，相当于减少40％以上，真正的实现了节能减排。

5、一机多用

地源热泵系统不仅可以供暖、制冷，而且可以供生活热水，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或系统。

6、地源热泵缺点

当然，凡事总有两面性，地源热泵也不是没有缺点的，比如说其应用会受到地区、用户及国家能源政策、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改变。

总之，地源热泵系统的能量是大自然给予的，它不会排放废气污染、废水污染及一些废渣污染，是大自然中一种非常理想化的“环保空调”，而且，地源热泵系统在酷严寒地区和热带地区均可正常使用，被大多数学者公认为是对大自然最友好且最有效的供冷、供热系统。

五、地源热泵技术在中国的发展趋势

1、建造地源热泵工程的便捷性

随着经济的高速发展，人们生活水平的提高，人们开始将视线投入到舒适生活的追求上来，思想上的升华使得地源热泵这一项特殊装置在我国未来具有很大的市场潜力，我国绝大多数省份都建立了地源热泵工程，应用范围覆盖了我国所有省市。

2、提升城市环境质量

如果全国每年在1亿m2建筑中推广应用地源热泵系统供暖空调,则每个采暖季可替代37 4万吨左右标煤.或25亿砰左右天然气削减约6.4万吨氮氧化物、93万吨二氧化碳、约16万吨颗粒物的排放。目前我国的能源结构中有一个最为不利的因素就是长期以来在能源的生产和消费中煤炭的比例约占70％。为了能彻底整治环境，减少温室气体排放，我国政府正在规划改变以煤为主的能源结构，以实现可持续发展战略，提高对可再生资源的利用程度。

3、缓解能源紧张问题

能源利用率低下是我国一直以来存在的矛盾，由于生产力的飞速发展，人们对地球资源和能源的认知也在逐步提升。我国是一个人口大国，能源短缺在我国是一个不争的事实，因此，解决能源利用率低的问题急不可待。而我国能源利用率仅仅达到30%左右，这与发达国家相比起来，仅仅是发达国家50年代的水平。我国建筑能耗占能源消耗总量的四分之一，而仅供热采暖装置就占据了一半，这样的发展趋势使得我国的能源价格已经非常接近发达国家的水平。因此，加强空调和采暖配置的能源消耗问题可以有效改善我国能源紧张的现状，

4、国家政府机构的大力扶持

为了减少我国由于冬季采暖所造成的大气污染，减低国内现有制冷空调的能源消耗，寻求新的低能耗、无污染的供暖制冷空调技术，国家科技部与美国能源部分别代表两国政府签署了中美两国政府地源热泵合作协议，引进和推广美国先进的地源热泵技术。这对地源热泵技术在中国的推广起到巨大的推动作用。自我国实施《民用建筑节能设计标准》后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，大幅度降低了地源热泵的年运行费用，增加了地源热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。

六、结语

综上所述，地源热泵不但能减少空调能耗，而且能降低建筑能耗，充分缓解我国能源紧张的现状，提高能源利用率。为了响应国家大力发展可再生资源的号召，政府部门应同技术研究部门、工程设计与安装、设备制造商携手，使得地源热泵在建筑中的应用得以健康发展，开发地源热泵与其他节约型能源相互补充的体系，拓宽其发展方向。

参考文献：

[1] 姜宝成 王永镖 李炳熙：《地源热泵的技术经济性评价》，《哈尔滨工业大学学报》，2003年02期

[2] 王宇航 陈友明 伍佳鸿 彭建国：《地源热泵的研究与应用》，《建筑热能通风空调》，2004年04期