地源热泵技术及其应用探析

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摘要：本文主要探讨了地源热泵技术及其应用和效益可靠性的若干问题，以供与大家交流。

关键词：地源热泵技术，应用效益，可靠性

1.概况

能源资源不足是我国目前面临的一个严重问题，一边是能源存量短缺，另一边是能源消耗快速增长，我国能源形势十分严峻。

同时，各种污染物的排放，城市热岛效应的加剧等环境问题也逐渐成为影响我国社会经济发展的一个重要因素。为此国家提出建设节约型社会、构建资源节约型和环境友好型社会的战略目标，从而促进能源、环境和经济社会的协调、和谐、可持续发展。

能源是经济社会发展的助推器，为了应对所面临的严峻形势，推进可再生能源的发展应用，各地建委也组织召开了可再生能源利用和低能耗建筑技术推介会，会议确定了各个地区将试点推广更节能、环保、高效地利用地源热泵系统，这也是建筑节能在中国范围推行的大势所趋。

2.地源热泵技术

2.1地源热泵空调系统

地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源的高效节能，零污染，低运行成本的既可供暖又可制冷的新型热泵技术，（夏天可替代冷却塔，冬天可替代锅炉）。它高效、节能、环保，有利于可持续发展。

利用地下岩土体的蓄热特性，美国人最早发明了地埋管地源热泵，就是根据建筑物的面积、使用要求、周围场地及地质条件等诸因素，设计和优化方案。根据设计要求，在建筑物周围钻若干个直径为11～15cm、深度为50～130m的“地源孔”，埋入外径25～32mm高强度柔韧性好的U形PE管，再用粗细适当、材质相同的集、分流管将埋入地下的若干U型管连接成进水、出水两组总管道，通过专用低功率循环水泵的恒压进水、出水与热泵主机连接。其埋入地下与集、分流管相连的所有U形管，通过特殊施工工艺处理，直接与土壤耦合，管内循环流动的水是交换传输温度的介质，这个系统就是地下换热器，是地源热泵中央空调系统高效、节能、环保、舒适的关键。

中国许多地方各级政府把发展地源热泵作为发展本地经济的一个契机。北京市自1999年起，进行地热供暖示范工程及低温地热能梯级利用技术研究，取得重大成果。为办好2008年奥运会，北京市主管部门和科研部门全力合作，相继进行了一些先进技术研究，国内外专家提出以地源热泵为代表的清洁能源符合“绿色奥运、科技奥运”的宗旨，应当在奥运工程建设中推广、使用，会议形成倡议书递交北京市政府和奥运会组委会，受到有关方面的高度重视，后详细研究及考核，将地源热泵中央空调作为2008年北京奥运会指定选用的中央空调型式。地源热泵技术在很大程度上为国家节省能源，缓解电荒，同时也为用户节省了大量的运行费用。

只要在项目区域范围内有合适的埋管区域，就可以利用地源热泵技术满足项目区的夏季制冷、冬季采暖的用能需求，创造出具有节能意义的舒适性热环境。近年来地源热泵技术得到了一定的发展和推广，也可以带动节能减排在各地区的开展实施。

2.2地源热泵系统的性能特点

1、地源热泵属于可再生能源利用技术

地埋管地源热泵系统就是利用地下浅层土壤蕴藏的能量，通过地下埋管管内的循环介质与岩土体进行闭式热交换达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。地埋管式热泵系统是将岩土作为蓄热体，进行冬夏热量互换的供暖空调系统。夏季蓄积来自空调系统的热量，冬季将这部分热量置换出来用作采暖。综上所述，地埋管式热泵系统是一种可持续发展的建筑节能新技术。

2、运行可靠

在地表以下一定深度岩土的温度基本恒定，它不受大气环境温度的影响，因此这种地源热泵系统的效率比空气源热泵的效率要高，热泵冷却水供、回水的温度一年四季相对稳定（10～25℃），其波动的范围远远小于空气温度（3～37℃）的变动。夏季岩土层作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，利用岩层温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定。

3、高效节能

据资料显示，地表1.5米以下岩土温度全年保持10℃～25℃，相应经过换热后仍可以保证热泵机组循环冷却水温度冬季达到10～15℃，冬季地埋管换热器内的介质温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，COP提高；夏季冷却水温度达到 22～26℃，比环境温度要低，机组冷凝温度低，机组效率提高。过渡季节，水温较高只需要提供给高温热泵制取生活热水，效率远高于燃气热水锅炉的热效率（0.8～0.9）。

4、环境效益显著，安全性高

虽然机组本身也采用制冷剂，但其充灌量比常规的空调装置减少 25%左右，而且机组出厂前就充灌制冷剂并整装密封好，制冷剂泄漏的几率大大减小。机组使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗的是一次能源，其所产生的污染物和二氧化碳等气体会对周围的环境产生影响。由于采用地源热泵机组可以实现冬夏季的高效运行，大大降低了电能的消耗，节能效果显著。全年生活热水采用地源热泵机组制取，不需要消耗燃气、燃煤，不存在燃烧过程和废气、废热的排放。没有燃烧过程，不用考虑设置燃气输配管道，不存在燃料存放等问题，也就没有任何爆炸危险，减少了火灾安全隐患。

5、技术可靠

这种地源热泵系统埋设换热器需要较大的场地，系统投资也较其它方式高，而且地埋管地源热泵技术成功的关键是地下换热器的设计与实施，这项技术国内正处于发展过程中，研究单位对该技术掌握较为全面，能有效的解决在设计及施工中遇到的技术难题。

综上所述，凡气候条件波动较大的地区对于地源热泵空调系统在建筑空调系统中的应用具有较好的适应性和较大的节能效益。

2.3地源热泵系统的原理

地源热泵技术利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过电能驱动，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，给建筑物降温，此时地能为“冷源”， 同时供应生活热水，是一种高效的能源利用方式。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。