建筑节能中地源热泵技术的应用

2013-08-15崔振彬

中国建筑金属结构 2013年12期

崔振彬

（天津华勘地热工程有限公司，天津 300170）

1 地源热泵技术的应用背景

随着我国经济的发展和居民消费结构的不断提升，人们对能源、经济资源的要求更加迫切。据统计建筑最大的耗能点是采暖和空调，我国在采暖和空调上的能耗占建筑总能耗的55%，且随着人们生活水平的提升，空调建筑能耗也将进一步增大。如何降低建筑能耗中空调系统的能耗，成为解决成为节能工作中最重要的任务之一。

2 地源热泵系统工作原理

众所周知，地下室冬暖夏凉，地源热泵正是利用大地的这个特点，采用抽水井和回灌井，利用水泵将地下水从抽水井抽上来，与空调机组所产生的冷量或热量在换热器内充分换热，换热后的地下水再通过回灌井回灌到地下。

地源热泵系统充分利用土壤中的巨大能量，循环复生。其运行过程中无烟雾，无浪费巨大的能源储备，既不破坏地下水资源，也没有任何污染，对环境污染小。地源热泵70%以上从土壤中获得能量，只消耗少量的电能，它比普通锅炉节能70%以上，比普通空调节约40%～50%的能源。

3 地源热泵在建筑节能中的优势特点

与普通的中央空调不同，地源热泵工作时，是从大地中提取冷却的热量。因为大地吸收了太阳能的47%，所以更深的地层可以保持一个恒定的地温。一年四季中，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，这使得工作非常有效的加热和冷却，输入1kW的电量可以得到4～5kW以上的制冷制热量，与传统的空气源热泵相比，要高出40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。这是地源热泵独特运行原理带来的好处之一。此外，地源热泵以地能为冷热源的工作原理，还使得系统在运行时运行的更稳定、更环保。

3.1 运行稳定可靠

土壤温度一年四季相对稳定，其波动范围远远小于空气的变化，是热泵机组很好的冷热源，这种令土壤温度更加恒定的特性，使得热机组运行更可靠、稳定，不存在空气源热泵冬季除霜困难的问题，克服了常规的空调，由于外界温度变化造成更大的功率，制冷和制热效果差的缺点。

3.2 经济节能，运行效益高

浅层地热温度一年四季相对稳定，一般为10～25℃，在冬季比环境空气温度高，在夏季比环境空气温度低，热泵是一个很好的热源和冷空调，这使得地面源热泵温度特性制冷，供热系数可达3.5～5.5。与传统的空气源热泵相比，其运行费用为普通中央空调的40%～60%，对地源热泵技术来运行经济的能源效率高出40%以上。

3.3 一机多用，节约成本

热泵系统可供暖和制冷，还可供应生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的基础锅炉压缩空气调的两套设备，特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，地源热泵有着明显的优点，而不是仅节部完成质量函数源，不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。

3.4 利用可再生能源

热泵利用地球表面浅层地热能不受地域、气候条件的限制，是一种无限的可再生能源。并且地源热泵运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，环境效益明显。

3.5 系统维护少，寿命长

地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；另外，地源热泵系统不是埋在地下就是放置在室内，使用寿命长，一般地源热泵地上机组正常使用寿命不低于25a，地下埋管可达50a，远远高于普通空调机组。

据报道，南娄底村有传承百年的钻井技术历史，村民们具有丰富的钻井经验。村民在承揽和参与钻井工程的同时，根据市场需求，不断引进钻井新技术、新方法和先进设备。该村于2007年从石家庄市引进地源热泵供热制冷高效节能环保型空调系统，该地源热泵通过输入少量的电能，即可实现低温热源到高温热源的转移，比传统空调系统效率高40%，可节省40%左右的运行成本。由于该系统使用电力没有燃烧，对周围环境不产生污染和噪声，且不抽取地下水，不破坏、污染和浪费地下水资源，在保护环境的同时，为该村村民带来了丰厚的收入。

4 地源热泵在建筑节能中的推广建议

国际能源机构、国际地源热泵协会等行业组织为促进地下水源热泵提供技术支持，但事实上，国家立法对地下水源热泵的应用有一定的限制。由于地下水源热泵需要大量抽取地下水，许多欧美国家一般不鼓励使用开环系统，鉴于监测管理地下工程的难度较大，美国和其他的发达国家在应用地源热泵上的表现是相当谨慎，如禁止在地下水源保护区使用地下水源热泵，要求热泵循环水同层回灌等。地下水源热泵在应用的过程中，虽然有了一定的限制，但还有不完善的地方，如：抽水灌溉，由于监管不严造成的不平衡，对于项目已经建成，没有强调对井下监测的需要和执法等。在我国的管理存在一定的漏洞，如：地源热泵系统搞承包，设计和施工的单位没有建立资格考试制度的调查，热泵设计，施工的地下部分，检验和其他部门缺乏相应的标准和规范，导致工程质量不过关和资源浪费。