地源熱泵關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

龐鵬程

（山東亞特爾集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250011）

社會(huì)的發(fā)展，人類文明的進(jìn)步，我們生存的空間越來越小，環(huán)境越來越差，污染越來越重，必須加快對(duì)可再生資源的利用才能逐步改善這些問題。在我國(guó)“提倡節(jié)約能源”已成為一項(xiàng)基本國(guó)策，堅(jiān)持“節(jié)約和開發(fā)并舉”也一直是我國(guó)節(jié)能工作的指導(dǎo)方針。我國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，空調(diào)系統(tǒng)的能耗又占了建筑物能耗的65%，要降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，最經(jīng)濟(jì)而有效的辦法就是應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，這一技術(shù)系統(tǒng)是一種利用淺層地?zé)崮苜Y源，進(jìn)行采暖和制冷的新型、節(jié)能、高效、環(huán)保的技術(shù)，是一種可再生清潔能源的利用技術(shù)，符合國(guó)家節(jié)能減排的政策方針，是空調(diào)系統(tǒng)向節(jié)能減排方向發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 概述

1.1 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的組成

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是由：熱泵系統(tǒng)、地源熱交換系統(tǒng)、末端空調(diào)系統(tǒng)三部分組成。其中熱泵系統(tǒng)由：壓縮機(jī)、冷凝器、四通閥、蒸發(fā)器和節(jié)流閥組成，這部分主要是通過制冷劑的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)冬季供熱和夏季制冷。地源熱交換系統(tǒng)是由熱交換器、管路兩部分組成，這部分是地源熱泵技術(shù)的關(guān)鍵部分。末端空調(diào)系統(tǒng)主要可采用兩種系統(tǒng)，即風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和低溫地板采暖系統(tǒng)。

1.2 地源熱泵系統(tǒng)的分類

根據(jù)熱交換器的形式，地源熱泵系統(tǒng)可分為三種：土壤熱交換器地源熱泵、地下水地源熱泵以及地表水地源熱泵。其中地源熱泵系統(tǒng)根據(jù)其不同的構(gòu)成形式又分為：地耦合式熱泵、土壤熱源熱泵、閉環(huán)熱泵、地?zé)釤岜?、太?yáng)能熱泵、地源熱泵等。

1.3 地源熱泵的特點(diǎn)

地源熱泵是利用地下能源的熱泵系統(tǒng)，這是它與其它熱泵技術(shù)的主要區(qū)別。冬季熱泵系統(tǒng)利用大地淺層中的低位熱能對(duì)建筑供暖，夏季熱泵系統(tǒng)又將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，從而達(dá)到對(duì)建筑物制冷的目的。

1.4 地源熱泵系統(tǒng)的選擇

地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用形式很多，在選擇具體系統(tǒng)方案時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：①要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確、詳實(shí)的調(diào)查；②要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土地面積、機(jī)房面積、建筑物冷熱負(fù)荷、建筑高度及規(guī)模等因素，并結(jié)合當(dāng)?shù)卣?guī)劃的具體要求進(jìn)行綜合分析，以確定采取的措施。

2 對(duì)地源熱泵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 地層物理特性

地層物理特性貫穿整個(gè)系統(tǒng)的始終，是關(guān)系地下?lián)Q熱器工作性能和系統(tǒng)效率的重要因素。表現(xiàn)為：①地層的各種情況決定了鉆孔孔身的結(jié)構(gòu)；②地層的熱物理特性及水文特點(diǎn)決定了鉆孔深度；③施工完成后，要及時(shí)對(duì)地層的物理性質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，定期維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，最大限度的減少對(duì)系統(tǒng)本身和環(huán)境的負(fù)面影響。

2.2 地源熱泵項(xiàng)目勘查與設(shè)計(jì)

項(xiàng)目勘查的目的是調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)淺層地?zé)崮軛l件，進(jìn)行淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用與評(píng)價(jià)，為地源熱泵工程的可行性研究和設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)是項(xiàng)目建設(shè)中的一個(gè)重要階段，設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用效果、造價(jià)與控制具有重要意義。設(shè)計(jì)的不合理同，不僅造成巨大浪費(fèi)，而且給項(xiàng)目改造和該地區(qū)地下空間的開發(fā)利用埋下隱患。因此，按規(guī)范要求實(shí)施項(xiàng)目的勘查與設(shè)計(jì)非常重要。

2.3 地源熱泵項(xiàng)目施工與監(jiān)理

我國(guó)是世界上少數(shù)嚴(yán)重缺水的國(guó)家之一，地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵是地下施工部分，特別是垂直地埋管系統(tǒng)，如果施工時(shí)回填不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致地下水資源受到污染。為保護(hù)寶貴的地下水資源和地質(zhì)環(huán)境，在地下部分施工中，特別是垂直地埋管系統(tǒng)和地下水源系統(tǒng)中，要加強(qiáng)對(duì)施工人員和施工單位的管理，實(shí)施嚴(yán)格的施工監(jiān)理制度。通過計(jì)劃、組織、控制、協(xié)調(diào)等多種手段，促使工程項(xiàng)目如期、保質(zhì)完成。

2.4 項(xiàng)目運(yùn)行監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)能效評(píng)估

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在與其系統(tǒng)能效高，但要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高能效則需要通過前期勘查測(cè)試、地下?lián)Q熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、高質(zhì)量施工、高效熱泵、水泵機(jī)組選型、等一系列輔助措施。這其中任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致高效的系統(tǒng)出現(xiàn)不高效的現(xiàn)象，因此，必須對(duì)地源熱泵系統(tǒng)定期進(jìn)行測(cè)評(píng)，以檢驗(yàn)監(jiān)督系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，才能保證項(xiàng)目運(yùn)行，監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)能效評(píng)估是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)期安全、可靠、低能耗的運(yùn)行。

3 地源熱泵關(guān)鍵技術(shù)在應(yīng)用方面的不足

通過對(duì)地源熱泵技術(shù)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)。地源熱泵技術(shù)與傳統(tǒng)的家用或中央空調(diào)制冷系統(tǒng)相比，即能節(jié)約能源達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)，又是對(duì)環(huán)境污染最小的一種技術(shù)系統(tǒng)。由此可見，推廣地源熱泵系統(tǒng)，將能顯著地節(jié)約能源和減少污染。但在我國(guó)地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用方面仍存在許多問題與不足，需要我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦胁粩噙M(jìn)行探索和研究，具體表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：①我國(guó)目前地源熱泵技術(shù)仍處在初級(jí)階段，在技術(shù)施工中，不僅缺少系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)為依據(jù)，而且還沒有統(tǒng)一的適合我國(guó)國(guó)情的地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；②部分相關(guān)部門對(duì)地源熱泵系統(tǒng)從土壤、地下水或地表水等不同熱能中取熱或放熱所帶來的生態(tài)、環(huán)境影響，沒有科學(xué)、系統(tǒng)和完整的評(píng)估體系；③我國(guó)富源遼闊，有豐富的地下水資源，比較適宜采用地源熱泵空調(diào)技術(shù)，所以政府應(yīng)加大力度進(jìn)行推廣應(yīng)用；④各在在推行地源熱泵系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)制定相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)節(jié)能空調(diào)的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在推廣地源熱泵技術(shù)時(shí)，應(yīng)以當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的《地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》及其《實(shí)施細(xì)則》做為項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)性指導(dǎo)文件。同時(shí)在推廣時(shí)要關(guān)注地方標(biāo)準(zhǔn)的本土化、適宜性、針對(duì)性、可操作性、科學(xué)規(guī)范性和安全經(jīng)濟(jì)性等一系列問題，只有這樣才能處理好地源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)問題，以實(shí)現(xiàn)對(duì)淺層地?zé)崮艿目沙掷m(xù)開發(fā)與利用，真正實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、可持續(xù)的新能源開發(fā)利用目標(biāo)，確保熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期、安全、低能耗的運(yùn)行。