淺析地源熱泵的應(yīng)用

張秀峰

摘 要：在全球環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重的當(dāng)下，如何應(yīng)用與開(kāi)發(fā)清潔能源、可再生資源，降低對(duì)大自然的破壞，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)城市文明建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的和諧共存，成為人類(lèi)需要認(rèn)真思考與解決的課題。具體到暖通建筑工程項(xiàng)目的施工過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的施工目標(biāo)，采用地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝，能夠有效收集、利用太陽(yáng)能能源，作為制冷供暖系統(tǒng)的清潔能源，從而取代高能耗、存在不同程度污染的電力或者煤炭能源，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目的節(jié)能減排設(shè)計(jì)目標(biāo)。下文中，筆者將結(jié)合個(gè)人參加暖通項(xiàng)目工程的施工經(jīng)驗(yàn)，分析地源熱泵系統(tǒng)的特色優(yōu)勢(shì)、施工類(lèi)型和注意事項(xiàng)，以期為同行業(yè)者提供經(jīng)驗(yàn)與參考。

關(guān)鍵詞：暖通工程項(xiàng)目；施工管理要點(diǎn)；地源熱泵；節(jié)能減排

建筑工程的地面土壤中存儲(chǔ)了數(shù)量龐大的太陽(yáng)能能源，如果能夠?qū)⑦@些能源有效利用起來(lái)，則可以利用約50%的太陽(yáng)輻射能源作為建筑工程項(xiàng)目的制冷供暖能源。與此同時(shí)，建筑工程地源熱泵系統(tǒng)的安裝，將確保地面下水源和土壤將接收到的過(guò)剩太陽(yáng)能輻射熱量轉(zhuǎn)化、輸出，從而使地面系統(tǒng)的能源供輸均衡。地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，最早起源于歐洲北部地區(qū)和美洲的國(guó)家，我國(guó)地理位置、氣候條件與美國(guó)更為接近，因此可以借鑒并學(xué)習(xí)美國(guó)應(yīng)用開(kāi)發(fā)地源熱泵制冷供暖系統(tǒng)的相關(guān)理論、施工技術(shù)、案例經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)實(shí)環(huán)境特色、地質(zhì)情況，制定出符合我國(guó)現(xiàn)實(shí)國(guó)情與經(jīng)濟(jì)能力的地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝方案。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建筑的進(jìn)程加速，在科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)下，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、綠色生態(tài)等理念和發(fā)展模式的重要意義，因此，大力促進(jìn)太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔、可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用，受到人們的支持與環(huán)境，也有利于建筑產(chǎn)業(yè)和城市建設(shè)的長(zhǎng)期、健康、可持續(xù)發(fā)展。地源熱泵系統(tǒng)與施工技術(shù)，在該背景下提出，并受到人們認(rèn)可與歡迎。

1 地源熱泵的概述

地源熱泵是1912年由瑞士專(zhuān)家提出，但是其真正開(kāi)始應(yīng)用卻在美國(guó)，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，相較于傳統(tǒng)意義上的建筑物供暖制熱系統(tǒng)技術(shù)，地源熱泵暖通空調(diào)系統(tǒng)在優(yōu)化節(jié)能50%～60%的同時(shí)，也節(jié)約了40%～70%的成本費(fèi)用開(kāi)支。在暖通空調(diào)中科學(xué)應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)，就是通過(guò)把空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器，以及蒸發(fā)器埋在地下，這樣熱量就可以通過(guò)土壤、水介質(zhì)等進(jìn)行熱能的交換，尤其是在炎熱的夏季，運(yùn)用地源熱泵系統(tǒng)就能把這些熱量貯存到一起，當(dāng)冬季來(lái)臨的時(shí)候，其可以為建筑物供暖，而如果是在寒冷的冬季，該地源熱泵系統(tǒng)能夠把冷能量貯存到一起，供建筑物夏季制冷使用。

2 地源熱泵技術(shù)特點(diǎn)

地源熱泵使用電力，沒(méi)有燃燒過(guò)程，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)污染排放；不使用冷卻塔，沒(méi)有外掛機(jī)，不向周?chē)h(huán)境排熱，沒(méi)有熱島效應(yīng)，沒(méi)有噪音；不抽取地下水，不破壞地下水資源；一機(jī)三用：冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活熱水；使用壽命長(zhǎng)：使用壽命20年以上，是分體式或窗式空調(diào)器的2～4倍；全電腦控制，性能穩(wěn)定，可以電話(huà)遙控，可以進(jìn)行溫濕度控制和新風(fēng)配送。地源熱泵機(jī)組利用土壤或水體溫度冬季為12～22℃，溫度比環(huán)境空氣溫度高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；土壤或水體溫度夏季為18～32℃，溫度比環(huán)境空氣溫度低，制冷系統(tǒng)冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率大大提高，可以節(jié)約30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。1kW的電能可以得到4 kW以上的熱量或5kW以上冷量。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(hù)使用。因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省約1/2的能量。

3 地源熱泵的主要形式

地源熱泵分為地埋管形式、地下水源熱泵和地表水源熱泵等形式。（1）地埋管形式。第一、水平式地源熱泵。水平式地源熱泵通過(guò)水平埋置于地表面 2～4m以下的閉合換熱系統(tǒng)，其與土壤進(jìn)行冷熱交換，此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑物。第二、垂直式地源熱泵。通過(guò)垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50～400m深的巖土體與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物。（2）地表水式地源熱泵。地源熱泵機(jī)組通過(guò)布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。它利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，其需要建筑物周?chē)休^深、較大的河流或水域。（3）地下水式地源熱泵。地源熱泵機(jī)組通過(guò)機(jī)組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)換熱器與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷熱交換。地下水排回或通過(guò)加壓式泵注入地下水層中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周?chē)盏孛娣e有限的大型單體建筑和小型建筑群落。

4 暖通空調(diào)中應(yīng)用地源熱泵的注意事項(xiàng)

地源熱泵在暖通空調(diào)中應(yīng)用的注意事項(xiàng)：（1）遵循因地制宜的原則，地源熱泵在實(shí)踐操作中會(huì)受到很多客觀(guān)因素的制約，因地制宜就是如果在夏季能量?jī)?chǔ)存不足，滿(mǎn)足不了冬季的供暖需求，那么地源熱泵系統(tǒng)就應(yīng)該增加制熱裝置的設(shè)計(jì)，以此來(lái)增加熱能，保證居民對(duì)熱量的正常需求，如果該系統(tǒng)在冬季不能儲(chǔ)存足夠的冷能量，與之相對(duì)應(yīng)的在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，就應(yīng)該增加冷卻裝置，因此在設(shè)計(jì)中工作人員先進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，最后決定使用地源熱泵技術(shù)是否合理。（2）正確選擇地源熱泵的類(lèi)型。當(dāng)前有很多機(jī)組類(lèi)型可以選擇，但是沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范和管理制度，所以要選擇合適的機(jī)組，并且地源熱泵對(duì)機(jī)組的能效比與性能系數(shù)有著很高的要求，因此設(shè)計(jì)者必須根據(jù)地源熱泵的使用要求選擇正確的能效比和性能系數(shù)。

綜上所述，伴隨城市居民生活質(zhì)量的穩(wěn)步提升，如何實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的可持續(xù)發(fā)展、和諧共存，成為城市建設(shè)者、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商、有關(guān)施工單位需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。地源熱泵系統(tǒng)的施工安裝與應(yīng)用，能夠節(jié)約電能、降低建筑工程的能源損耗量。因此，有關(guān)單位的施工管理者，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)施工的研究與學(xué)習(xí)，降低環(huán)境污染，起到節(jié)能減排、綠色環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]肖偉.藏西南邊遠(yuǎn)地區(qū)直接受益式太陽(yáng)能采暖研究[D].清華大學(xué)，2010.

（作者單位：大連愛(ài)瑞克機(jī)電設(shè)備有限公司）