试论环保节能地源热泵技术应用研究

    地表水源热泵系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。地表水源热泵主要分为闭路系统和开路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。地表水源热泵具有造价相对低廉、泵耗能低、维修方便以及运行费用少等优点。但这种地表水源热泵系统也受到自然条件的限制。在公用的河流中、管道或水中的其他设备容易受到损害。如果河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。这种技术沿海城市采用得较多。

　　4地源热泵系统的优势及经济效益

　　4.1充分利用自然资源实现高效节能

    太阳能是取之不尽的可再生绿色能源，地表浅层相当于一个巨大的太阳能集热器，它收集了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。地源热泵在冬季就是利用这种储存于地表浅层的无限的能源作为热源;在夏季则以地表浅层恒定的地能温度作冷源，只需小功率的压缩机就可实现能量转换的空调系统。调研结果表明，使用地源热泵技术比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%，比燃气炉效率提高48%，所需制冷剂比一般空调减少50%，是真正意义上的高效节能。

　　4.2具有极大的环境效益

    传统的供暖、空调方式分别解决冬季供暖和夏季制冷。其系统投资大、占地多，且对环境的影响很严重。大气是人类赖以生存的最基本环境要素之一。然而，由于冬季采用煤炭、燃油和天然气等作为燃料，燃烧产生的大量污染物，包括大量的, , 等气体造成的大气污染，严重破坏着大气环境，降低了人们的生活质量。夏季使用的空调系统同样存在着:排放，作为重要的温室气体是造成全球性气候变化的主要因素之一。

将大量废热排人大气，产生了热岛效应，同时还产生令人难以忍受的噪音，使得外界空间环境条件更加恶化。而地源热泵则利用大地的蓄热能力，把夏季多余的热能排人大地留作冬季取用，把冬季多余的冷能留作夏季取用，源头上根除了空调系统对城市热岛的效应。地源热泵的污染物排放很低，系统所使用的制冷剂在工厂里注人并被完全密封，使用过程中绝无泄漏，用户任何时候均不必添补制冷剂，因而减少了对臭氧层的破坏。热泵系统可以建造在居民区内，在冬季供暖时省去了锅炉和锅炉房，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，不用远距离输送热量，极大限度地改善其他空调方式的及颗粒物等污染物的排放量;供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。地源热泵所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染;地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料，从而达到了绿色环保的要求。

　　4.3运行稳定可靠且使用寿命长

    传统的空调系统不论是水冷还是风冷，换热环境均为大气，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，故不可避免地受到环境条件变化的影响，降低换热效率和使用寿命，并且影响了建筑物的外观;而地源热泵以土壤作为热源的主要优点在于土壤温度的相对稳定，基本不受外界环境的影响;埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗;热泵系统设计简单，运动部件比常规系统少，且安装在室内，自动控制程度高，可无人值守;系统安全无燃烧设备，不存在爆炸、燃烧的隐患;由于系统不暴露在风雨中，因而维护简便，机组使用寿命均在20 a以上，地埋管换热器寿命可达40~50a;地源热泵系统的供冷、供热平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值;把地源热泵换热器埋于地下，也不会破坏建筑物的外观。

　　4.4经济效益分析

    地源热泵系统的经济性是由多方面来确定的。不同地区、不同地质条件、不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。以地源热泵系统与其他能源方式的投资进行比较(以北方综合功能大厦为例)，结果见表1。

    以北京100的家庭为例，冬季采暖125d总耗热量为:100x 125dx24 hx3 600x0.05 kW= 5 400万kJ，为获得这么多热量，选用不同的采暖方式，耗用的燃料、燃烧效率、能源成本均有不同。

    统计可知，燃煤供暖最经济，但是由于北京地区已经限制燃煤使用，综合比较，地源热泵系统为最佳选择。

    仅以燃油锅炉与地源热泵提供同样供热量为例，对地源热泵的环保特性分析比较，假设地源热泵的电力来源于燃油电厂。供热量为5 400 GJ的情况下，燃油电厂锅炉所需的燃油热量为4 050 GJ;而如果直接使用燃油锅炉，其热效率为80%，则需燃油热量为6 750 GJ。这两种供热情况排放对比见表2。

    从表2看出，利用地源热泵， , 和:的排放量分别减少了69% , 93%和73%，因此其环保优势十分明显。

    1套系统可以替换原来的锅炉加空调加生活用热水的3套系统;虽然初投资比常规燃煤锅炉房供暖系统高出1~3倍，比热电联产集中供热系统高出34%~50%。但根据国内外的经验，由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在3~7 a内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。初装费用确实比传统系统要高一些，主要是铺设地埋管换热器，费用贵在设计和安装上，而每年省下的能源费用支出，会很快抵消高出的系统安装费用，随着时间的推移，从能源消费的节省上可以很快收回投资。同时，系统近于免维护和维修，可节省大量开支。作为清洁能源之一，地源热泵也一直受到国家的政策支持。北京市的政策规定，北京市内建设的各类项目，供热制冷系统选用热泵系统的，将得到北京市固定资产投资中安排一次性补助，补助标准为50元/。

    沈阳地区地下含水层透水性强，地面以下20 m之后基本为恒温12℃。自然地理及水文地质条件适合地源热泵技术的推广应用。由于地下含水层多为砂砾结构，透水性强，可保证在不影响和破坏地下含水层的前提下常压完全回灌。据统计，沈阳每年冬天有1.8亿的供热面积，所以发展热泵的空间广阔。到目前为止，沈阳已有地源热泵面积超过3 000万。根据辽宁省政府办公厅要求:凡具备应用地源热泵等可再生能源技术条件的新建、改建、扩建的建设项目，今后都必须采用“地热”供热制冷。机关办公场所、宾馆、商场、写字楼等耗能大户，应优先选用地源热泵。预计到2010年，沈阳市可实现地源热泵技术应用面积6 500万，占全市总供暖面积的30%左右。届时，每个采暖期节约标准煤将达126.55万t，减少排放2．5万t、烟尘1．9万t。

　　5结语

    在我国全面建设资源节约型、环境友好型社会的进程中，地源热泵这一集节能、环保为一体的新技术，将越来越受到人们的重视与青睐。相信在不远的将来，经过国内工程技术人员的不懈努力并借鉴国外的成功经验，我国的地源热泵应用将得到进一步的推广和发展，它将为我国的可持续发展带来新的契机。