關于地源熱泵認知

湯國慶

【摘要】地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。中國地源熱泵產(chǎn)品生產(chǎn)廠家已經(jīng)超過80家。《地源熱泵系統(tǒng)應用情況調(diào)查研究分析報告》顯示，地源熱泵這一新興技術受到廣泛關注，不同所有制形式企業(yè)都參與到其開發(fā)、應用之中，尤以中小項目居多，這說明地源熱泵發(fā)展?jié)摿薮??？梢哉f，地源熱泵在我國長江黃河流域等廣大對冷熱都有需求的地區(qū)，具有較高適用性，在我國有很好的應用前景。

【關鍵詞】地源熱泵;原理;應用及分析;國內(nèi)發(fā)展及分析

地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)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。熱泵機組的能量流動是利用其所消耗的能量（如電能）將吸取的全部熱能（即電能+吸收的熱能）一起排輸至高溫熱源。而其所耗能量的作用是使制冷劑氟里昂壓縮至高溫高壓狀態(tài)，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。

與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70～90%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量;由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10～25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.5～4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的50～60%。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及法國、瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調(diào)技術。

在我國，當前地源熱泵發(fā)展存在的障礙主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，政府政策支持與財政補貼稍顯薄弱。地源熱泵是一項節(jié)能環(huán)保的技術體系，但在房地產(chǎn)應用推廣中投資還是相對較高，開發(fā)商不愿意在自己的系統(tǒng)中使用這種技術，政府在政策上的支持力度也還是稍顯單薄，鼓勵與補貼政策也還不很明確。建議應像國外機構(gòu)一樣對此類系統(tǒng)設立專項基金給予支持。地源熱泵的市場需要政府從可持續(xù)發(fā)展的角度，綜合能源、環(huán)保和資源等各個方面的考慮，調(diào)整政策，促使其健康有序發(fā)展。

其次，對地源熱泵系統(tǒng)研發(fā)還不夠深入。地源熱泵目前在國家標準規(guī)范、宣傳材料、系統(tǒng)圖集方面還有所欠缺，同時在科研上還有一些問題沒有取得突破，如土壤源地源熱泵系統(tǒng)的地下溫度場的計算方法不統(tǒng)一;海水源地源熱泵系統(tǒng)海水取水口的設置;地下水地源熱泵的地下管井的設計與施工、水源的探測開采、供水過濾、水質(zhì)防腐處理等問題都還沒有較好解決方法;對于已經(jīng)完成并且運行的地源熱泵系統(tǒng)，對其能效性能缺乏正確的評估體系也是影響其正常發(fā)展的原因之一。

地源熱泵發(fā)展空間廣闊

如《建筑通風空調(diào)新技術及其應用》所述，目前，我國城鄉(xiāng)既有建筑總面積約400億平方米，其中城鎮(zhèn)約為160億平方米，在城鎮(zhèn)中居住建筑面積約為105億平方米，其中能達到建筑節(jié)能標準的僅占5%%，其余95%%都是未來需要陸續(xù)進行節(jié)能改造的高能耗建筑;同時，我國每年新增房屋建筑面積約20億平方米，預計到2020年底，我國新增的房屋面積將近300億平方米，新增城鎮(zhèn)民用建筑面積將為100億～150億平方米。

據(jù)專家測算，目前我國發(fā)電裝機容量為5.08億千瓦，百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量約為2.2×108千瓦，相當于其43%，近百米內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量相當于1.5×1012千瓦，則是其2950倍，淺層地能的應用仍然有相當大的市場發(fā)展空間，如果全國每年在1億平方米建筑中推廣應用地源熱泵系統(tǒng)供暖空調(diào)，則每個采暖季可替代374萬噸左右標煤，或25億立方米左右天然氣，削減約6.4萬噸氮氧化物、933萬噸二氧化碳、約16萬噸顆粒物的排放。鑒于此，建設部提出，在“十一五”期間，推廣淺層低能使其使用面積達到2.4億平方米。同時，北京市發(fā)改委表示，北京將繼續(xù)大力推廣淺層地能，作為現(xiàn)行供暖的替代能源。今后凡政府投資的項目如政府機構(gòu)、醫(yī)院、學校等公共建筑，有條件的要優(yōu)先使用淺層地能。預計到2010年，北京市將有2000萬平方米的建筑采用淺層地能來供暖。

為了大力發(fā)展可再生能源，當前政府、技術研究、工程設計與安裝等部門需共同努力做好以下幾方面工作：建議國家建立專項基金，鼓勵地源熱泵的推廣應用;調(diào)查現(xiàn)有的地源熱泵工程，總結(jié)經(jīng)驗;收集現(xiàn)有的用于地源熱泵的全國水文地質(zhì)資料，建立基本資料庫;建立專業(yè)的地源熱泵用管井設計和施工隊伍，完善地埋管換熱器的安裝和施工隊伍，適當時候建立專項設計施工資質(zhì)管理制度;開展國家級和城市級的地源熱泵（海水源、污水源、余熱熱源）工程示范，以得到正確可靠的技術數(shù)據(jù)，指導工程設計、安裝和運行，然后開發(fā)適合國情、因地制宜的地源熱泵機組，完善產(chǎn)品系列和規(guī)格;加強政府對地源熱泵工程質(zhì)量的監(jiān)管，防止假冒偽劣，使得地源熱泵在建筑應用中能健康發(fā)展;開發(fā)地源熱泵和其他能源互相補充的技術體系，拓寬其發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]《建筑節(jié)能技術》?-武涌，龍惟定主編?2009?地源熱泵系統(tǒng)

[2]《蓄能空調(diào)技術》?-方貴銀等編著?2006?地源熱泵工作原理?–?地源熱泵

[3]《地埋管地源熱泵技術》?-刁乃仁，方肇洪著?2006??地源熱泵組成及運行?397～432

[4]《建筑通風空調(diào)新技術及其應用》?-胡平放等編著?2010??應用地源熱泵的意義?第五章?50～55

[5]《地源熱泵技術與建筑節(jié)能應用》?-趙軍，戴傳山主編?2007

[6]《地源熱泵技術的節(jié)能原理》??2009