摘 要 隨著城市規(guī)模快速發(fā)展，集中供熱也得到了迅速發(fā)展。然而由于傳統(tǒng)集中供熱熱源日趨緊張，同時(shí)環(huán)保要求力度增大，越來越多的集中供熱項(xiàng)目把目光投向新能源、可再生能源。地源熱泵系統(tǒng)就是其中之一，它是利用淺層地?zé)崮茉矗ㄒ卜Q地能，包括地下水、土壤或地表水等的能量）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能系統(tǒng)。本文就地源熱泵實(shí)際應(yīng)用中的效果以及出現(xiàn)的相關(guān)問題進(jìn)行簡單的探討和分析。
關(guān)鍵詞 地源熱泵 應(yīng)用 問題 分析
1 概述
2006年3月開始施行的《中華人民共和國可再生能源法》和2007年10月修訂的《中華人民共和國節(jié)約能源法》，這兩部能源法鼓勵(lì)、支持采用太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕Y源供暖、制冷、制備生活熱水，為地源熱泵的推廣和實(shí)際應(yīng)用提供了法律保障。近幾年，地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過不斷發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用上有了新的突破，但是也出現(xiàn)了不少新的問題。
2 地源熱泵系統(tǒng)的成功應(yīng)用
地源熱泵系統(tǒng)，是通過輸入少量的高品位的電能，實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的技術(shù)系統(tǒng)。一般在空調(diào)系統(tǒng)中，地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。地源熱泵根據(jù)熱源不同，又可分為以下幾種形式：一、是以地下水為熱源（冷匯）的地源熱泵技術(shù)，需要打口井從地下抽取地下水，經(jīng)過熱泵提取（釋放）熱量后回灌入另一口井；二、是以地表水為熱源（冷匯）的地源熱泵技術(shù)可以利用江、河、湖、泊或生活污水等作為熱源（冷匯）；三、是以土壤為熱源（冷匯）的地源熱泵技術(shù)，是采用地下埋管（約120米深）的方式，水在管道中循環(huán)，在土壤中獲得（釋放）熱量，水經(jīng)過熱泵機(jī)組時(shí)經(jīng)過提取向外供應(yīng)熱（冷）量。
目前已有很多項(xiàng)目采用地源熱泵技術(shù)用于供熱和供冷，河北省警衛(wèi)局采用了土壤源熱泵實(shí)現(xiàn)了供熱供冷；常州朗詩國際住宅小區(qū)項(xiàng)目采用土壤源熱泵實(shí)現(xiàn)了冬季供暖；上海世博園采用地表水地源熱泵，以黃浦江江水作為冷熱源，實(shí)現(xiàn)了世博園的供熱、供冷；天津市諾恩溫泉宮項(xiàng)目采用海水源熱泵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)目的冷熱供應(yīng)。這些項(xiàng)目的應(yīng)用充分驗(yàn)證了地源熱泵技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)供熱、供冷的，其節(jié)能效果也十分可觀。
3地源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用中需要注意的幾個(gè)問題
3.1技術(shù)問題
以地下水為熱源（冷匯）的地源熱泵在抽水及回灌的過程中，會(huì)造成井中砂的移動(dòng)，當(dāng)大量的井砂移出后，往往會(huì)造成抽水井的塌陷，同時(shí)也造成了回水井的堵塞，縮短了井的壽命，實(shí)際無法達(dá)到100%回灌。井水回灌不暢，不但浪費(fèi)水資源，更會(huì)造成地下水位下降，地面下沉。即使完全回灌，大量的抽取和回灌地下水，必然造成地下水位的不平衡，影響當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造，有可能危害地上的建筑物。鑒于此，包括石家莊在內(nèi)的很多城市已禁止打井用于地源熱泵的熱源（冷匯）。
與采用地下水相比較，以地表水為熱源（冷匯）的地源熱泵的危害要小很多，但在規(guī)模化應(yīng)用過程中大量的冷量和熱量排入水中。還是會(huì)對特定的區(qū)域水體溫度場分布產(chǎn)生影響，進(jìn)而對水環(huán)境造成一定的污染。例如水溫升高，會(huì)降低水中的溶解氧含量，加速有機(jī)污染物的分解，增大耗氧，也會(huì)使水體中某些毒物的毒性提高，影響水生物生存環(huán)境。這種影響具體有多大，影響水域范圍有多廣，還需要進(jìn)一步研究。目前已有一些項(xiàng)目的�。ㄅ牛┧幊霈F(xiàn)了水生物異常的現(xiàn)象。上海世博園地表水地源熱泵項(xiàng)目以黃浦江江水作為冷熱源，對黃浦江水環(huán)境造成一定程度的熱污染。天津市諾恩溫泉宮項(xiàng)目，本項(xiàng)目采用海水源熱泵系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)附近海水藻類有增多的跡象。
從水資源保護(hù)的角度，以土壤為熱源（冷匯）的地源熱泵要優(yōu)于前兩種方式，但也存在一定問題。10米以下的底層溫度可穩(wěn)定在10度以上，土壤中的熱量都來自太陽，對于熱泵來講是非常穩(wěn)定的熱源。地源熱泵夏天將熱量從房間轉(zhuǎn)移到土壤里，冬天將熱量從土壤里轉(zhuǎn)移到房間里，如果這兩個(gè)熱量是基本平衡的，系統(tǒng)是安全和高效的，如果兩個(gè)熱量不平衡，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)的能效比下降，重則導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，無法正常制冷和制熱。地表面吸收太陽能后，向地下土壤、卵石與巖石的傳熱，地下含水層的熱遷移都是十分緩慢的，單純依靠太陽能補(bǔ)充熱量或地面自然向外散發(fā)熱量都是不能滿足需要的，如果我們不遵守年熱平衡原則，倘若真的每年冬季累計(jì)向地下吸熱量大于夏季累計(jì)釋熱量，即使該地區(qū)地下恒溫帶每年只降低0.5℃，10年后該地源熱泵系統(tǒng)就不能有效正常工作了。目前已出現(xiàn)一些項(xiàng)目因冷、熱不平衡造成設(shè)備效率逐年下降的現(xiàn)象。河北省警衛(wèi)局土壤源熱泵項(xiàng)目，第一個(gè)采暖期達(dá)到設(shè)計(jì)要求，由于其夏季釋熱量較小，在第二個(gè)采暖期出現(xiàn)個(gè)別房間室溫達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，地埋管換熱器換熱量已出現(xiàn)3%-5%的衰減。常州朗詩國際項(xiàng)目，僅冬季供暖，目前供熱量已出現(xiàn)一定衰減，若不能實(shí)現(xiàn)夏季回補(bǔ)，冬季衰減將逐年增加，為系統(tǒng)正常運(yùn)行造成很大影響。
3.2運(yùn)行安全性問題
3.2.1設(shè)備壽命尚存在疑問
根據(jù)某地源熱泵生產(chǎn)廠家介紹，熱泵機(jī)組的平均使用壽命約為20年。而根據(jù)調(diào)查，地源熱泵機(jī)組的設(shè)備壽命和設(shè)備質(zhì)量、操作水平、運(yùn)行工況都有著直接的關(guān)系，它實(shí)際在我國的推廣時(shí)間不超過5年，是否能夠達(dá)到20年，使用中的維護(hù)成本是否較高都存在疑問，只能依靠時(shí)間來檢驗(yàn)。
3.2.2埋地管質(zhì)量難以把握
目前地源熱泵所用地埋管采用PE塑料管，一部分廠家聲稱能夠使用70年，但根據(jù)我國目前的市場情況調(diào)查，該產(chǎn)品市場價(jià)格相差10倍以上，有的產(chǎn)品價(jià)格甚至低于原料價(jià)格，質(zhì)量堪憂，能夠使用的年限很難預(yù)測。作為隱蔽工程，且很多是不可維修更換的隱蔽工程，若出現(xiàn)問題，很難再進(jìn)行返工維修。目前已發(fā)現(xiàn)有地源熱泵項(xiàng)目出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。
3.2.3初投資較高且風(fēng)險(xiǎn)較大
與集中供熱比較，其投資較大，達(dá)到200元/平方米（僅熱源站投資），而集中供熱成本約為80元/平方米（含鍋爐房、市政管網(wǎng)建設(shè)和熱力站建設(shè)）。如此高的投資，若出現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量問題，需要進(jìn)行二次投資，若地埋管出現(xiàn)質(zhì)量問題便無法進(jìn)行二次敷設(shè)，將會(huì)出現(xiàn)無法挽回的損失，投資風(fēng)險(xiǎn)較大。
3.3 用電和用地問題
3.3.1 用電問題
舉例來說，如果一座城市有1000萬平方米建筑取暖采用地源熱泵系統(tǒng)，建筑采暖熱指標(biāo)為50瓦/平方米，COP值按照3來計(jì)算，采用地源熱泵每個(gè)采暖期需耗電約4800億度電，需要175兆瓦的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行電力保障。在城市中大范圍的推廣使用地源熱泵系統(tǒng)，穩(wěn)定的電力保障是需要考慮的一個(gè)重要問題。
3.3.2用地問題
地源熱泵中最為環(huán)保的是土壤源熱泵，但這種方式占地面積很大，即使采用最少占地的垂直埋管方式，每100平方米的建筑面積需要的土壤面積在25平方米以上。我國大部分城市中多為集中高層建筑群，高層住宅底部多為全開挖設(shè)計(jì)，地下為車庫，基本無法進(jìn)行埋管。若在建筑下進(jìn)行埋管將存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，管道無法維修、更換。因此，若要采用地源熱泵系統(tǒng)取暖，在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)就要考慮用地問題。
4 結(jié)論與建議
雖然地源熱泵系統(tǒng)在節(jié)能、環(huán)保上的優(yōu)勢比較突出，但是由于以上的可能會(huì)出現(xiàn)的各種問題，地源熱泵的應(yīng)用受到一些限制，特別是對于我們這個(gè)人多地少的國家，城市人口密度大，分布相對集中，大面積推廣存在一定難度。以熱電聯(lián)產(chǎn)為熱源的集中供熱仍應(yīng)作為當(dāng)前集中供熱的主要方式，不會(huì)馬上被地源熱泵系統(tǒng)所替代，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)只需在環(huán)保措施上再加強(qiáng)即可減少其大氣環(huán)境影響。在冷、熱負(fù)荷較接近的建筑，充分考慮以上幾個(gè)問題后，采用地源熱泵系統(tǒng)還是比較可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]張永 繆小平 朱正亮.解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院. 《潔凈與空調(diào)技術(shù)》2010年 第4期
[2]張建忠談中國地源熱泵行業(yè)的發(fā)展.中國地源熱泵網(wǎng)2011年09月
[3]馬最良，呂銳.地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2007。
[4]陳北領(lǐng).南華大學(xué) 2007年.土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用研究
