探討地源熱泵的應(yīng)用前景

1、<p>　　探討地源熱泵的應(yīng)用前景</p><p>　　摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地源熱泵系統(tǒng)被工作者們運(yùn)用，地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源，可以達(dá)到制冷和制熱效果的新型系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，完美的彌補(bǔ)了普通系統(tǒng)的缺陷，國(guó)內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)還存問題，本文將就地源熱泵系統(tǒng)的研究和發(fā)展前景進(jìn)行了論述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地源熱泵；技術(shù)；系統(tǒng)；

2、前景. </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　近些年，隨著世界范圍內(nèi)的能源緊張，同時(shí)可再生能源應(yīng)用獲得的國(guó)家的政策扶持，地源熱泵行業(yè)發(fā)展迅速。地源熱泵（GSHP）技術(shù)以大地中的低品位熱源為冷熱源，是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地表水、巖土體、地下水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。該系統(tǒng)把淺層巖土

3、體作為熱泵系統(tǒng)的熱（冷）源或熱匯，即在在冬季供熱過程中，流體從土壤中收集熱量，再通過系統(tǒng)把熱量帶到室內(nèi)，夏季把室內(nèi)的熱能取出來儲(chǔ)存到低于地表環(huán)境溫度的土壤中，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。本文接下來將多方面介紹地源熱泵系統(tǒng)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用情況，希望能夠幫助人們更加深入的了解地源熱泵技術(shù)。 </p><p>　　二、地源熱泵的分類及特點(diǎn) </p><p>&

4、lt;b>　　（一）、閉式系統(tǒng) </b></p><p>　　閉式系統(tǒng)采用埋于地下的高強(qiáng)度塑料管作為熱交換器，管路中充滿介質(zhì)，通常是水或防凍水溶液，當(dāng)然也可用其他的介質(zhì)。閉式系統(tǒng)利用泵作為循環(huán)動(dòng)力，由于環(huán)路是封閉的，所以熱交換器介質(zhì)和地下水不直接接觸，不受礦物質(zhì)影響。閉式系統(tǒng)又可分為水平式、螺旋式、垂直式、淹沒式四種。 </p><p>　　1.水平管閉式系統(tǒng) </

5、p><p>　　水平管閉式系統(tǒng)。當(dāng)有足夠土地表面可利用時(shí)，可用此系統(tǒng)。塑料管水平埋設(shè)在溝壕中，一般埋設(shè)深度1.2～3m，每個(gè)溝槽中有1～6根管子。雖然一個(gè)溝槽中埋設(shè)多根管道需更大的溝槽空間，但溝槽數(shù)量較少，因此成本也降低了。溝槽長(zhǎng)度取決于土壤狀況和溝壕里管子的數(shù)量。該系統(tǒng)常用于住宅建筑。優(yōu)點(diǎn)：挖溝槽比打井的成本低，安裝靈活。缺點(diǎn)：需大量土地面積，由于埋設(shè)深度淺，土壤溫度易受季節(jié)影響；土壤熱特性隨季節(jié)、降雨量、埋設(shè)深度

6、而波動(dòng)。 </p><p>　　2.螺旋管閉式系統(tǒng) </p><p>　　螺旋管閉式系統(tǒng)。它是水平環(huán)路的一個(gè)變體，在溝壕內(nèi)螺旋狀放置；另一種螺旋環(huán)路系統(tǒng)則將螺旋狀管放入狹窄垂直的溝壕。螺旋環(huán)路系統(tǒng)通常需很長(zhǎng)的管子，但溝壕的數(shù)量少于上述水平環(huán)路系統(tǒng)。它同樣適用于土地面積較大的場(chǎng)所。優(yōu)點(diǎn)：比水平環(huán)路占地少，安裝成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)：所需管子較長(zhǎng)；需要相對(duì)大的土地；土壤溫度易受季節(jié)影響；比水平系統(tǒng)

7、需更大的泵，耗能大；在填埋過程中易損壞管路。 </p><p>　　3.垂直環(huán)路閉式系統(tǒng) </p><p>　　垂直環(huán)路閉式系統(tǒng)。當(dāng)土地面積受限制時(shí)可考慮此種方式。封閉管路插入垂直的井中，根據(jù)土壤及溫度條件，確定管長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中，一般需多個(gè)井。垂直系統(tǒng)有三種熱交換器基本類型：U型管式、分置式、 同心管式。 優(yōu)點(diǎn)：所需管材較其它閉式系統(tǒng)省，泵的能耗最小，土地面積要求最少，土壤溫度不易受季節(jié)變化的

8、影響。缺點(diǎn)：要求鉆井設(shè)備，鉆井費(fèi)用高。 </p><p>　　4.淹沒環(huán)路閉式系統(tǒng) </p><p>　　淹沒環(huán)路閉式系統(tǒng)。如附近有適宜的水塘或湖泊，可采用此系統(tǒng)。需足夠大的水面和足夠深的深度來滿足供冷或供熱要求。優(yōu)點(diǎn)：所需管長(zhǎng)最短，費(fèi)用較少。缺點(diǎn)：需要較大的水域。 </p><p><b>　?。ǘ?、開式系統(tǒng) </b></p>

9、<p>　　開式系統(tǒng)利用地下水直接作為換熱介質(zhì)。這種系統(tǒng)也稱為“地下水源熱泵”。開式系統(tǒng)主要由抽水井、回灌井或表面水系組成。只有抽水井的開式系統(tǒng)、 有抽水井和回水井的開式系統(tǒng)和表面水系的開式系統(tǒng)三種布置形式。以設(shè)抽水井和回灌井的形式較為常見，該方式因?qū)⑹褂眠^的廢水回灌地下，不會(huì)影響地下水水位。開式系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)，但必須考慮下面三個(gè)因素：水質(zhì)；水量；對(duì)廢棄水的處理。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；比閉式系統(tǒng)的鉆井費(fèi)用少；傳熱性能好；若廢棄的地下

10、水還用于其他用途，如灌溉，則不需設(shè)回灌井，費(fèi)用還會(huì)更低。缺點(diǎn)：受當(dāng)?shù)厮臈l件及法律條款的限制（如是否允許開采地下水）；需水量大，不一定能有合適的水源；對(duì)水質(zhì)有要求，熱泵的熱交換器易受懸浮物、腐蝕物、水垢、細(xì)菌微生物的影響；需高功率泵，泵的能耗大；對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤乃|(zhì)多少有一點(diǎn)影響。 </p><p>　　（三）、直接膨脹系統(tǒng) </p><p>　　直接膨脹系統(tǒng)。它不需傳熱介質(zhì)、流體-制冷劑熱

11、交換器和循環(huán)泵。銅制盤管埋在地下，制冷劑直接與土壤進(jìn)行熱交換，因而提高了傳熱性質(zhì)和熱動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。由于埋入地下的盤管是金屬的，所以會(huì)腐蝕（土壤的PH值應(yīng)該在5.5～10之間）。若土壤有過電現(xiàn)象，必須有陰極保護(hù)裝置。在設(shè)計(jì)中，得注意：在冬天供熱運(yùn)行中，較低的土壤溫度會(huì)造成土地結(jié)冰，冰膨脹會(huì)導(dǎo)致土壤起翹，因此，為了防止結(jié)冰危險(xiǎn)，盤管應(yīng)遠(yuǎn)離地下水位線；在夏季供冷運(yùn)行中，盤管高溫會(huì)蒸發(fā)土壤水氣，改變土壤傳熱特性。這種系統(tǒng)用得較少，目前只有美國(guó)才有

12、使用直接膨脹式地源熱泵系統(tǒng)的例子。優(yōu)點(diǎn)：高效；不需要循環(huán)泵。缺點(diǎn)：為了有效的換熱面積需要大型管溝；盤管周圍的土壤容易結(jié)凍（會(huì)引起地表彎曲和引起周圍水管結(jié)凍 ；由于植物根系會(huì)損壞盤管，銅管不能埋在大樹附近；壓縮機(jī)油路系統(tǒng)較復(fù)雜 ；有滲漏危險(xiǎn)；安裝要求和費(fèi)用高；需要更多的制冷劑。 </p><p>　　三、地源熱泵系統(tǒng)的前景 </p><p>　　地下熱平衡問題在土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用過程中

13、必須受到足夠重視，一個(gè)不考慮熱平衡方案的設(shè)計(jì)是一個(gè)不完善甚至冒險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期運(yùn)行后不僅會(huì)出現(xiàn)效率地下，而且還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成難以預(yù)測(cè)的影響。地下熱平衡問題作為土壤源熱泵應(yīng)用上的一個(gè)技術(shù)難題，完全可以在正確認(rèn)識(shí)土壤源熱泵工作原理實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過前期的優(yōu)化設(shè)計(jì)與后期規(guī)范化的運(yùn)行管理來緩解與解決，這可以通過政府主管部門的政策制度、業(yè)內(nèi)的正確宣傳及設(shè)計(jì)部門、施工部門與運(yùn)行管理部門的共同配合來實(shí)現(xiàn)。為了保護(hù)地下的地質(zhì)環(huán)境和地下水資源、保護(hù)業(yè)主與

14、用戶的利益，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并糾正錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展，2002 年起國(guó)土資源部、國(guó)家發(fā)改委等部門及各省市陸續(xù)頒布了關(guān)于規(guī)范淺層地?zé)崮芎偷卦礋岜美玫南嚓P(guān)文件。在當(dāng)前全地源熱泵系統(tǒng)工程建設(shè)正朝著規(guī)?；l(fā)展和區(qū)域性利用的時(shí)刻，需要主管部門對(duì)地源熱泵系統(tǒng)工程推行與實(shí)施監(jiān)測(cè)管理合鼓勵(lì)研發(fā)機(jī)制。 </p><p>　　在國(guó)家科技部、住建部的支持下，“十一五”規(guī)劃就已經(jīng)安排了對(duì)淺層專項(xiàng)研究如：地源熱泵對(duì)環(huán)境的影響、節(jié)能優(yōu)

15、化方法、系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)等。國(guó)家之所以不斷的加大對(duì)地源熱泵技術(shù)的研究和探索，是因?yàn)榈卦礋岜眉夹g(shù)應(yīng)用可以調(diào)整我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、降低傳統(tǒng)能源能耗符合長(zhǎng)期能源規(guī)劃戰(zhàn)略?！笆濉币?guī)劃針對(duì)目前對(duì)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的現(xiàn)狀和問題，再次要求綜合考慮資源、地質(zhì)、地下空間利用及應(yīng)用條件等因素，在開展淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，研究開發(fā)利用管理機(jī)制，編制技術(shù)規(guī)程，穩(wěn)妥積極地開展地?zé)崮荛_發(fā)利用。鼓勵(lì)在有條件的公共建筑以及大型居住社區(qū)、商務(wù)區(qū)和新城規(guī)劃建設(shè)中，科學(xué)

16、合理地開發(fā)利用淺層地?zé)崮堋?</p><p><b>　　四、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　當(dāng)前，我國(guó)的地源熱泵工程技術(shù)的研究在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新。該供能系統(tǒng)在節(jié)能與環(huán)保方面具有傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，外界環(huán)境幾乎不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，其市場(chǎng)前景廣闊。該系統(tǒng)的研究和應(yīng)用是現(xiàn)階段人們利用低溫?zé)崮艿淖钕冗M(jìn)的技術(shù)研究，必將受到廣泛的關(guān)注和發(fā)展。 </p>

17、<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]JGJ134-2010.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. </p><p>　　[2]李泉.加強(qiáng)建筑節(jié)能建設(shè)[J].山東科技，2009. </p><p>　　[3]張小里.地源熱泵技術(shù)淺談[J].空調(diào)技術(shù)交流，2008. </p><