摘要：隨著現(xiàn)代人對(duì)生活品質(zhì)的追求，暖通工程的需求越來(lái)越高、標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。暖通工程發(fā)展的背后對(duì)能源的巨大浪費(fèi)，給我國(guó)能源帶來(lái)巨大的壓力，因此，發(fā)展一種環(huán)保型的暖通空調(diào)技術(shù)已非常迫切。地源熱泵技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，在的暖通工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，事實(shí)證明，地源熱泵技術(shù)相對(duì)于其他供暖和空調(diào)方式具有良好的優(yōu)越性。鑒于此，本文探討了地源熱泵的原理與特點(diǎn)，對(duì)地源熱泵技術(shù)在暖通工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員有所借鑒意義。
關(guān)鍵詞：地源熱泵技術(shù) 暖通工程 能源
一、前言
地源熱泵系統(tǒng)是一種新興的淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)，最早源于1912年瑞士的一個(gè)專利。20世紀(jì)70年代，歐洲開(kāi)始了研究地源熱泵的第一次高潮，但由于當(dāng)時(shí)的能源價(jià)格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因而未得到推廣。直到20世紀(jì)70年代初世界上出現(xiàn)了第一次能源危機(jī)，它才開(kāi)始受到重視，許多公司開(kāi)始了地源熱泵的研究、生產(chǎn)和安裝。這一時(shí)期，歐洲建立了很多水平埋管式土壤源地源熱泵，主要用于冬季供暖。雖然歐洲是世界上發(fā)展地源熱泵最成熟的地區(qū)，但是它也曾因?yàn)榈卦礋岜脤＜也欢惭b技術(shù)，安裝工人又不懂地源熱泵原理等因素，致使地源熱泵的發(fā)展走了一段彎路。隨著科技的進(jìn)步，關(guān)于能源消耗和環(huán)境污染的法律制定越來(lái)越嚴(yán)格，地源熱泵的發(fā)展迎來(lái)了它的另一次高潮。歐洲國(guó)家以瑞典和奧地利等國(guó)家為代表，大力推廣地源熱泵供暖和制冷技術(shù)。政府采取了相應(yīng)的補(bǔ)貼政策和保護(hù)政策，使得地源熱泵生產(chǎn)和使用范圍迅速擴(kuò)大。80年代后期，地源熱泵技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，更多的科學(xué)家致力于地下系統(tǒng)的研究，努力提高熱吸收和熱傳導(dǎo)效率，同時(shí)越來(lái)越重視環(huán)境的影響問(wèn)題。地源熱泵生產(chǎn)呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。其真正意義上的商業(yè)應(yīng)用迄今也不過(guò)十多年。但美國(guó)的地源熱泵生產(chǎn)和推廣速度很快，美國(guó)已達(dá)到了每年安裝40 萬(wàn)臺(tái)地源熱泵，技術(shù)產(chǎn)生了飛速的發(fā)展，成為世界上地源熱泵生產(chǎn)和使用的頭號(hào)大國(guó)，年節(jié)約能源折合4.2億美元。
我國(guó)淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用起步較晚，2001年我國(guó)政府開(kāi)始積極推廣運(yùn)用這項(xiàng)“綠色技術(shù)”，建設(shè)部在《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中專門作了推薦，以減少煤耗、節(jié)約一次能源和改善環(huán)境。從2005年開(kāi)始，國(guó)家分別將只個(gè)城市作為地源熱泵試點(diǎn)城市，分別是北京、天津、沈陽(yáng)，大力發(fā)展地源熱泵。國(guó)家努力引導(dǎo)發(fā)展地源熱泵，國(guó)家的一些政府部門的建筑、學(xué)校、醫(yī)院等都進(jìn)行廠地源熱泵改造�？梢灶A(yù)計(jì)中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)前景廣闊。作為2008年奧運(yùn)會(huì)羽毛球及藝術(shù)體操比賽場(chǎng)館的北京工業(yè)大學(xué)體育館，采用了深層地?zé)豳Y源和淺層地?zé)豳Y源相結(jié)合的模式，搭配熱泵技術(shù)，以滿足體育館冷暖氣的需求。北京工業(yè)大學(xué)體育館采用先進(jìn)的深層地?zé)峒夹g(shù)和水源空調(diào)技術(shù)口供暖時(shí)。從深層地?zé)衢_(kāi)采井中提取溫度較高的地?zé)崴�，直接�?jīng)過(guò)板式換熱器將部分熱量交換給風(fēng)機(jī)盤管中所用的供暖用循環(huán)水，解決體育館供暖熱源；供應(yīng)冷氣時(shí)，則由淺層水源空調(diào)開(kāi)采井中提取淺層地下水，經(jīng)過(guò)熱泵吸收風(fēng)機(jī)盤管中制冷用循環(huán)水中的熱量，將循環(huán)水溫度降低，進(jìn)而送出冷氣口。據(jù)了解，北京市利用地?zé)豳Y源進(jìn)行供暖、冷氣的建筑面積已經(jīng)超過(guò)了600萬(wàn)平方米，并在快速增加中。
二、地源熱泵技術(shù)及特點(diǎn)
地源熱泵技術(shù)是一種新興的暖通技術(shù)和方式，是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，主要以巖土體、地下水、地表水為低溫?zé)嵩矗晒嵊挚芍评涞墓┡评淇照{(diào)系統(tǒng)（如圖所示），應(yīng)用于商業(yè)樓、公共建筑、學(xué)校醫(yī)院、住宅公寓等建筑物。地源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)，在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行氣一液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過(guò)冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過(guò)冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過(guò)程中，通過(guò)冷媒一空氣熱交換器，以冷風(fēng)的形式為房供冷；在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤里的熱量，通過(guò)冷媒/水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過(guò)冷媒/空氣熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移室內(nèi)的過(guò)程中，以強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流或輻射的形式向室內(nèi)供暖口。
2、地源熱泵的優(yōu)越性
�。�1）節(jié)能、高效性。地源熱泵系統(tǒng)在提供單位能量時(shí)，電能的消耗主要用于壓縮機(jī)的做功和使空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行，它要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，由于土壤的溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10-20℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5-4.7，制冷時(shí)比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要提高30%。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，能效要高出40%以上。其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%～60%。
�。�2）環(huán)保無(wú)污染。
地源熱泵依靠對(duì)地下淺層地?zé)豳Y源的利用，不燃燒，不會(huì)釋放溫室氣體，不對(duì)周圍環(huán)境造成污染，不會(huì)因?yàn)閺U棄物的排放對(duì)于環(huán)境造成污染。因此，熱源熱泵技術(shù)具有良好的節(jié)能的作用。與空氣源熱泵相比，減少10%以上的污染物排放，與電供暖相比，減少70%以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施，節(jié)能減排效果會(huì)更明顯，屬綠色環(huán)保技術(shù)。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏概率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)。
�。�3）可再生利用
地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)能量，比人類每年利用能量的50倍還多，它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這種儲(chǔ)存地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式。
（4}低運(yùn)行費(fèi)用
地源熱泵系統(tǒng)的高效節(jié)能特點(diǎn)，決定了它的運(yùn)行費(fèi)用低，冬季取出的熱量可在夏天得到補(bǔ)償，比其他各種采暖和制冷設(shè)備節(jié)能30%左右，全年循環(huán)利用，使用壽命50年以上并避免了對(duì)資源造成破壞，折舊費(fèi)和維修費(fèi)也都人大低于傳統(tǒng)空調(diào)。系統(tǒng)的室外設(shè)備非常少，節(jié)省了高昂的維護(hù)和保安費(fèi)用。沒(méi)有屋頂設(shè)備，也就沒(méi)有屋頂承重、修飾或擋光的間題。外部噪聲大大降低，建筑整體美感也得到了很好的保持。由于地源熱泵系統(tǒng)的其室內(nèi)部分已經(jīng)成為定型。選型也就非常簡(jiǎn)單，再加上低壓的管道系統(tǒng)，雙管的輸送系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)與其他形式相比較在設(shè)計(jì)上容易和便宜，裝配操作的成本低。以上這些都使得地源熱泵在商用建筑空調(diào)方式的選擇上具有一定優(yōu)勢(shì)。
