聶聰英

摘要：地源熱泵（GSHP）是以大地為熱源對(duì)建筑物進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的節(jié)能新技術(shù)。應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)可夏季供冷、冬季供暖。由于地源熱泵可顯著降低運(yùn)行費(fèi)用，已受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是最有前途的空調(diào)系統(tǒng)之一。

關(guān)鍵詞：地源熱泵;節(jié)能環(huán)保;應(yīng)用

前 言

本文對(duì)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，在綜合國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)施的現(xiàn)狀和問(wèn)題進(jìn)行了分析;盡管地源熱泵系統(tǒng)仍存在一定缺陷，但其在節(jié)能和環(huán)保方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)及國(guó)外發(fā)展的明顯優(yōu)勢(shì)，可以斷言地源熱泵系統(tǒng)在我國(guó)將有廣泛的應(yīng)用前景。

一、地源熱泵工作原理

地源熱泵利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水，土壤或地表水等），通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），即可實(shí)現(xiàn)熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹膫鬟f，地能分別在冬季和夏季作為低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嵩?。在冬季，把地能中的能量“取”出?lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)的熱用戶;在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來(lái)，釋放到地層當(dāng)中去。

二、地源熱泵系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)

1.土壤源（GCHP）熱泵（又稱：大地耦合式熱泵GCHP：Ground-Coupled Heat Pump）

1.1土壤源特性

土壤的溫度分布與土壤中的熱量得失密切相關(guān)。土壤中可獲得的熱量來(lái)源有：太陽(yáng)輻射、地球內(nèi)部產(chǎn)生的熱、土壤中生物過(guò)程釋放的熱、化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的熱。其中太陽(yáng)輻射是表層土壤熱能的主要來(lái)源。土壤獲得太陽(yáng)輻射能后，又以多種方式向外輸出，其中對(duì)流、地表輻射、地面蒸發(fā)、生物蒸騰作用消耗的熱能以及向地層深處傳導(dǎo)的熱量。

1.2土壤源熱泵的系統(tǒng)形式及分類。

土壤源熱泵根據(jù)其蒸發(fā)器端與大地?fù)Q熱的形式不同，可分為通過(guò)熱泵工質(zhì)—水換熱器的間接式系統(tǒng)（圖2-1），和采用熱泵工質(zhì)在埋于地下的盤(pán)管中直接膨脹的直接式系統(tǒng)。

圖2-1 間接式GCHP系統(tǒng)

在間接式系統(tǒng)中，載冷劑或鹽水溶液被用來(lái)在熱源和蒸發(fā)器間傳遞熱量，它與直接蒸發(fā)系統(tǒng)相比可以減少制冷劑的充灌量，這在當(dāng)前是令人感興趣的，在將來(lái)也會(huì)變得更為重要;它還增加了熱泵系統(tǒng)的靈活性;同時(shí)它使現(xiàn)場(chǎng)工程量減至最低并減免了制冷管路的安裝。其缺點(diǎn)在于引入帶有熱交換器的額外流體環(huán)路，增加了初投資，帶來(lái)額外的溫降。為了把這些不利之處降至最低，重要的是針對(duì)運(yùn)行工況盡可能地優(yōu)化設(shè)計(jì)鹽水回路，此外用作載冷劑的流體性質(zhì)也十分重要。直接蒸發(fā)系統(tǒng)中將蒸發(fā)器盤(pán)管直接埋入地下，可以有效地減少投資額，尤其適用于小型家居熱泵系統(tǒng)。

2.水源熱泵（WSHP：Water Source Heat Pump）

水源熱泵就是利用地球表面淺層水如地下水、地?zé)崴?、地表水、海水及湖泊中吸收的太?yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)劃的裝置。

三、地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展存在問(wèn)題分析

我國(guó)對(duì)地源熱泵的研究起步較國(guó)外晚，很多研究工作是借鑒國(guó)外的技術(shù)和成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但由于地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行性能受地域性影響較大，所以在研究和開(kāi)發(fā)地源熱泵應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：

1.土壤的熱物性對(duì)熱泵運(yùn)行效率起關(guān)鍵性的作用，因此必須了解各種土壤狀況下對(duì)不同埋地?fù)Q熱器的換熱機(jī)理。

2.加強(qiáng)土壤源熱泵系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的研究，以及其在建筑物中的合理布置。

3.探討土壤源熱泵系統(tǒng)與其他熱源系統(tǒng)和輔助設(shè)備聯(lián)合的情況，如土壤源熱泵系統(tǒng)和冷卻塔的聯(lián)合使用、土壤源熱泵系統(tǒng)和太陽(yáng)能的聯(lián)合使用或其他輔助設(shè)備的聯(lián)合使用，來(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。解決措施：

3.1研究和收集各地區(qū)的土壤熱物性的相關(guān)資料，作為地源熱泵設(shè)計(jì)的參考資料。

3.2開(kāi)發(fā)與熱泵空調(diào)系統(tǒng)相配套的系列管材、管路配件及熔接設(shè)備和技術(shù)來(lái)降低初投資;研究專門(mén)的鉆井、下管、封井設(shè)備和技術(shù)，并用規(guī)范化來(lái)縮短施工周期，從而降低施工費(fèi)用。

3.3選擇適當(dāng)?shù)墓荛g距、系統(tǒng)間隔運(yùn)行、管群之間交叉運(yùn)行或增設(shè)輔助設(shè)備等措施均可緩解地溫的變化程度，保證埋地?fù)Q熱器與周?chē)耐寥烙凶銐虻膫鳠釡夭?，從而不影響土壤與系統(tǒng)的換熱過(guò)程。

3.4對(duì)已竣工的地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行歸納、總結(jié)，有利于形成一套成熟、可靠的地源熱泵設(shè)計(jì)方法。

3.5需要政府的政策引導(dǎo)、對(duì)設(shè)計(jì)和施工人員的培訓(xùn)以及提高公眾對(duì)地源熱泵技術(shù)的了解程度。

四、結(jié)束語(yǔ)

節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界發(fā)展的三大主題。在供熱空調(diào)領(lǐng)域中，地源熱泵技術(shù)有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應(yīng)氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的“綠色技術(shù)”，符合世界發(fā)展的需要。地源熱泵在我國(guó)的研究與應(yīng)用還處于起步階段，熱泵工質(zhì)的研制和開(kāi)發(fā)還需要進(jìn)一步深入進(jìn)行，各地區(qū)的地下熱源狀況、土壤熱物性資料還需要進(jìn)一步搜集和整理，地源熱泵的系統(tǒng)性能優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)性分析也尚待深化。但地源熱泵空調(diào)技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點(diǎn)，已成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。

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