李偉濤 張照方

河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450064）

0 引言

全球能源的緊缺，近幾十年來各國都在提倡節(jié)能環(huán)保。由于地球能源資源有限，人類即將面對能源匱乏、資源緊缺的世界。在所有的能源消耗中，建筑能耗占了很大的一部分，也是近幾年來普遍認(rèn)為最有潛力的節(jié)能途徑。在新能源建筑節(jié)能中，目前研究的最多的是地源熱泵技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)、太陽能技術(shù)等。

地源熱泵是一種新興的暖通新技術(shù)，它有效節(jié)省了能源，減少大氣污染和二氧化碳的排放。近年來,我國很多科研工作者對地源熱泵產(chǎn)生極大興趣，并對地源熱泵進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。研究表明，水文地質(zhì)條件、土壤的特性、熱泵系統(tǒng)的設(shè)計對地源熱泵的運(yùn)行影響很大，因此應(yīng)注意到由于地源特性在不同地區(qū)、不同深度存在較大差異，所以適合某地區(qū)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的設(shè)計在其他地區(qū)可能就不十分有利。因此，在設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)時必須結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，開展應(yīng)用研究。地源熱泵系統(tǒng)目前最常用的是U型管土壤源熱泵系統(tǒng)，通過U型地埋管內(nèi)的地下水與土壤進(jìn)行閉式換熱從而達(dá)到供冷供熱目的。夏季通過熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對建筑進(jìn)行降溫；冬季通過熱泵將土壤中的低位熱能提高品位對建筑供暖。

1 基本工作原理[1]

地下水源熱泵的工作原理就是以城市地下水作為冷熱源,根據(jù)地下水冬季溫度高于室外溫度、夏季溫度低于室外溫度的特點(diǎn)，采用熱泵技術(shù)，通過少量的高位電能輸入，將地下水中低品位難以直接利用的熱能(冷能)提取出來，為建筑物供熱(制冷)的過程。通常地下水源熱泵消耗l kW的能量，用戶可以得到4 kW以上的熱量或冷量。從地下水源熱泵的工作原理可以看出，地下水源熱泵從地下水中不斷提取能量的過程，正是提升大量的地下水至地面，通過熱泵機(jī)組提取能量后，再將其回灌到地下的連續(xù)運(yùn)行過程。因此，要了解整個過程是否對地下水存在污染和破壞,對水質(zhì)是否存在影響以及影響程度如何,就必須對地下水水質(zhì)進(jìn)行定期監(jiān)測。為了跟蹤水源熱泵技術(shù)對地下水水質(zhì)的影響，應(yīng)該選取具有代表性的地下水源熱泵供熱項目進(jìn)行有規(guī)律的取樣監(jiān)測，以便及時了解和掌握地下水源熱泵供熱區(qū)域內(nèi)地下水水質(zhì)的變化動態(tài)。

2 案例應(yīng)用[2～4]

2.1 工程簡介

該工程為河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓、實(shí)訓(xùn)樓的地下熱泵系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)樓建筑面積為16 000 m2，鋼筋混凝土框架5層。實(shí)訓(xùn)樓建筑面積21 000 m2，鋼筋混凝土框架3層。采用地下熱泵系統(tǒng)集中供冷和采暖，總投資約600萬。

根據(jù)鄭州地區(qū)實(shí)際情況，一般制冷期為5月底至9月底，供暖期為11月上旬至次年3月上旬。供熱期間，井水進(jìn)主機(jī)溫度一般15～19℃，出主機(jī)溫度一般45～55℃，回灌水溫度8～l5℃。室內(nèi)環(huán)境溫度可達(dá)到20℃左右；制冷期間，井水進(jìn)主機(jī)溫度一般16～20℃，出主機(jī)溫度一般8～12℃，回灌水溫度19～27℃。室外環(huán)境溫度33～37℃時，室內(nèi)環(huán)境溫度可達(dá)21℃左右。

2.2 設(shè)計參數(shù)

1）鄭州市室外設(shè)計參數(shù)見表1所示。

表1 鄭州市室外參數(shù)

2）室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表2所示。

3）負(fù)荷計算

根據(jù)鄭州市地區(qū)特征,以及學(xué)校使用情況，使用軟件進(jìn)行空調(diào)冷熱負(fù)荷計算。總冷負(fù)荷3 200 kW,單位面積冷負(fù)荷86.5 W/m2;總熱負(fù)荷1 850 kW，單位面積熱負(fù)荷50 W/m2。

表2 鄭州市室內(nèi)參數(shù)

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)鄭州地區(qū)情況,按照冬、夏季均使用120 d,每天運(yùn)行24 h，電費(fèi)按照0.56元/度。夏季室內(nèi)溫度維持在26℃，冬季室內(nèi)溫度升高20℃。分析結(jié)算結(jié)果如表3所示。

表3 地溫空調(diào)與其它空調(diào)效益比

從表3可以看出，地源熱泵比燃料鍋爐節(jié)省1/3以上的能量；其制冷與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右;其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%～60%。由此可見，地源熱泵投資少，運(yùn)行成本低，能夠節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，投資運(yùn)行成本低，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

針對鄭州地區(qū)地源熱泵技術(shù)做了詳細(xì)闡述，以河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)樓的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)為實(shí)例,對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，驗(yàn)證了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)投資費(fèi)用少,高效節(jié)能，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，環(huán)境效益好。充分顯示了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在建筑節(jié)能中的優(yōu)越性，為同類工程設(shè)計和施工提供參考。

[1]賈捷.地下水源熱泵用于寫字樓的經(jīng)濟(jì)研究[J].建筑節(jié)能,2011,39（10）.

[2]田良河.鄭州地下水源熱泵應(yīng)用適用性和環(huán)境分析[J].城市地質(zhì),2011,06(4).

[3]劉軍.地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在某居住建筑中的應(yīng)用[J].2012,42(9).

[4]盧云鵬.水源熱泵技術(shù)在工程運(yùn)用中的經(jīng)濟(jì)分析[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報,2011(7).