建筑绿色工程 实现节能减排

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摘要：地源热泵作为一种高效、节能、环保、可持续发展的空调新技术，已成为建筑物供暖制冷的首选方案。本文通过对地源热泵系统结构和工作原理的研究，浅析西安地区建筑工程地源热泵的应用情况，论述了适用于西安地区建筑工程的地源热泵系统，并对热泵在建设和应用过程中的若干问题进行深入的思考和探讨，寄希望地源热泵系统能更健康、稳步地发展。

关键词：地源热泵；空调；节能；地质

Building green project, Achieve the energy-saving emission reduction purpose

――Brief Discussion on Application of the ground source heat pump technology in the area of Xi’an

Peng Yong-gang

(Xi’an Construction Engineering Group City Built Co., 710003 Xi’an)

Abstract:As a highly efficient, energy saving, environmental protection and sustainable development of the air conditioning new technology, The ground source heat pump has become the preferred solution to heat or refrigerate the temperature indoor. Then this paper takes a brief discussion on application of the ground source heat pump at Xi’an area, which studing this system structure and working principle, Some problems with the construction and application of this system have been researched in depth, which ensure the ground source heat pump can be more healthy and steady development.

Keywords:ground source heat pump technology; air conditioning; energy conservation;geology

1．引言

近年来，随着我国城乡建设的快速发展，建筑能耗随之加大，据统计，建筑能耗约占全社会总能耗的1/3[1]左右，而建筑物供热空调能耗约占整个建筑能耗的60%[2]左右。因此，降低供热空调系统的能耗，寻求节能环保的供热空调能源已成为未来建筑空调系统的发展趋势。

同时，我国各级政府及建设主管部门也逐步开始重视和鼓励建筑节能新技术的研发和应用，相继出台了一系列支持政策和规划方案，促使清洁能源、可再生能源等新能源技术在建筑行业的推广应用。在此背景下，供热空调新技术如雨后春笋，飞速发展，逐步形成一套新型的、系统的供热空调新技术――地源热泵[3,4]技术，其与常规的供热空调系统相比大约节能30%～50%，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染，既可供暖又可制冷的新型空调系统。

2．地源热泵系统简介

2．1地源热泵由来

“地源热泵”概念最早出现在1912 年瑞士的一份专利文献中，而该项技术的提出始于英美，并于20世纪50年代，在欧美出现了研究地源热泵的第一次高峰。近20年来，地源热泵在欧美等发达国家取得了快速地发展，已成为一项成熟的应用技术。由于美国的气候条件与中国很相似，因此研究美国的地源热泵应用情况，对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。

2．2热泵工作原理

作为自然规律，正如水只能由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们在了解自然规律的同时，可以利用自然规律，如同采用水泵把水从低处提升到高处那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。由此可见，热泵实质上也是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的不能直接利用的低品位热能（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）加以挖掘，转化为可以利用的高品位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)的目的，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。

2．3地源热泵地质基础

地球的内部是一个巨大的热源库，蕴藏着无比巨大的热能。实测表明，地球表面下30m以上的土壤层温度受太阳照射与气温影响呈一年四季周期性变化，地球表面300 m以下的温度只受来自于地核的导热与对流的影响,平均地温梯度约为25～30℃/km。但地下30～300 m间的地层是一个恒温带,其温度是地球表面的太阳照射与气温影响和地核的导热与对流影响的综合平衡点。[5]平衡点温度略高于当地平均气温3～5℃，温度比较稳定，完全不受当地一年四季气温变化的影响。

图2．1 供冷原理图

地源热泵技术正是基于平衡温度的特点，利用热泵技术中能够转移冷量和热量的卡诺循环和逆卡诺循环原理，冬季从恒温带中采集热量，提高温度后供给室内采暖，并将室内冷量转移到地层中存储（供暖原理，见图2．2）；夏季又从恒温带中采集冷量（制冷原理，见图2．1），把室内多余热量取出释放到地层中去，利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，进行存储，以备冬季的需要。这样即形成一种新型、廉价、高效节能、可再生的供热（冷）系统。

图2．2 供暖原理图

基于以上研究可知，地源热泵是将地下恒温带中存储的低品位能作为冷热源对建筑物进行空调制冷供暖的供热（冷）技术。

3．西安地质概况及地源热泵的应用

3．1地质概况

西安市位于陕西省“八百里秦川”中部，北傍渭河，南倚秦岭，东至、灞河，西达沣河岸边，主要地貌类型有河流冲洪积平原、黄土台塬和黄土梁洼。地形大致为东南高，西北低，南陡北缓，洼地则北深南浅，成“南仰北俯”的盆地地貌。全区海拔高程360～750 m，其中河谷平原区多低于550 m，黄土塬区一般高程550～750 m[6]，属暖温带温暖半干旱、半湿润大陆季风气候，多年平均气温为13.6℃，多年平均降水量为579.2mm。

据勘察可知，西安的地层分属于华北和秦岭两大地层区，主城区内地层主要以新生代第四系（Q）为主。第四系以洪积、冲洪积、湖积、风积为主，岩性多为砂层、砂砾石层、粉质粘土、粘土互层，同时据统计，西安市地层黄土层厚度达114.9m，水流堆积层厚度达400～1000m，整体地层岩性较为松散，利于地下补水。

西安地区特殊的地形地貌及地质构造决定了其特殊的水文地质的分布特征。其中第四纪潜水和承压水分布广，富水性强。主要表现为：冲击砂砾卵石层孔隙潜水，分布于背部冲洪积平原，含水层渗透系数40～60m/d，由于受河水渗透补给，水量丰富；风积黄土层孔隙-裂隙-孔洞潜水，分布于黄土台塬，含水层渗透系数1～2m/d，富水性差；承压水按含水层组可分为浅层承压水和深层承压水，这两个含水层组埋深分别为40～100m和100～300m。