摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，供暖制冷系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)等在建筑能耗中所占的比例越來越大。傳統(tǒng)的供暖制冷系統(tǒng)在工作中會(huì)消耗大量能源，造成很大的污染。而利用地源熱泵為用戶供暖和制冷，可以減少運(yùn)行成本和環(huán)境污染，是目前最清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的空調(diào)技術(shù)。本文介紹了地源熱泵的工作原理、分類及其特點(diǎn)，比較了地源熱泵與傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)的區(qū)別，并簡(jiǎn)要分析了地源熱泵在我國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展前景，以此促進(jìn)地源熱泵的應(yīng)用與推廣。
關(guān)鍵詞：地源熱泵；特點(diǎn)；發(fā)展前景
中圖分類號(hào)： TU833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-01-0144-02
一、引言
地源熱泵結(jié)合了中央空調(diào)、家庭取暖、生活熱水三者的優(yōu)勢(shì)，是一種節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的建筑供暖制冷新技術(shù)。并且因其高效、環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)，解決了困擾世界的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。地源熱泵是利用媒介物質(zhì)來獲取相對(duì)穩(wěn)定的土壤內(nèi)能量的裝置，一年四季都可以為建筑物提供舒適的條件，滿足了人們的生產(chǎn)和生活需求。這種供暖制冷技術(shù)沒有能量的轉(zhuǎn)換，只是一種能量“搬運(yùn)”過程，因此工作效率高、成本更低，在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。在傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)消耗大量能源，造成很大的污染的情況下，研究開發(fā)地源熱泵技術(shù)是十分必要的。
�。ㄒ唬┑卦礋岜玫墓ぷ髟�、分類及特點(diǎn)
1、地源熱泵的工作原理。地源熱泵的工作原理是通過獲取地能、地下水、土壤等淺層地?zé)豳Y源，為建筑物供熱和制冷的節(jié)能環(huán)保空調(diào)技術(shù)。地源熱泵在冬天將地能作為供熱的熱源，夏天將地能作為制冷的冷源。在通有少量能源如電能的情況下，可以將低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移[1]。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)空調(diào)末端裝置系統(tǒng)組成，水循環(huán)在這三個(gè)系統(tǒng)間作為熱量傳遞介質(zhì)。
2、地源熱泵的分類。根據(jù)利用熱源方式和種類的不同，可以將地源熱泵分為地下水熱泵（GWHP）、土壤源熱泵（GCHP）和地表水熱泵（SWHP）三類。地下水熱泵系統(tǒng)是歐美國(guó)家最常用的地源熱泵系統(tǒng)，主要用于商業(yè)建筑中，一般采用水-水式板式換熱器，一側(cè)走地下水，一側(cè)走熱泵機(jī)組冷卻水。土壤源熱泵的換熱器埋在地下，一般采用水-水熱泵機(jī)組或水-氣熱泵機(jī)組，可以和大地進(jìn)行冷熱交換。地表水熱泵系統(tǒng)分為開路系統(tǒng)和閉路系統(tǒng)兩種，寒冷地區(qū)不適用開路系統(tǒng)，具有價(jià)格低廉、維修成本低且泵能損耗低的特點(diǎn)，但在公用河水或湖泊較淺的地方，系統(tǒng)管道容易遭到破壞，影響其工作效率和供暖制冷能力。
3、地源熱泵的特點(diǎn)。地源熱泵是環(huán)保和節(jié)能中首選的空調(diào)方式，在建筑領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）地源熱泵具有節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)點(diǎn)，工作過程中進(jìn)行水循環(huán)時(shí)不會(huì)消耗和污染水，同時(shí)電力消耗量也相對(duì)較小。我國(guó)在2003年對(duì)地源熱泵的節(jié)能技術(shù)成果進(jìn)行了推廣，對(duì)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)起到了積極作用。（2）地源熱泵可以同時(shí)滿足供暖、制冷和提供生活熱水的要求，結(jié)合了中央空調(diào)、家庭取暖、生活熱水三者的功能，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。（3）地源熱泵機(jī)組的工況穩(wěn)定，運(yùn)行部件相對(duì)更少因此維修成本較低。（4）地源熱泵利用轉(zhuǎn)移地能來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的冬暖夏涼，減少了向環(huán)境中排放的能量，沒有因燃燒過程產(chǎn)生的熱島反應(yīng)，可以有效維持生態(tài)平衡。（5）地源熱泵埋在地下的管道為聚乙烯和聚丙烯塑料管，使用壽命至少為45年[2]。（6）可以實(shí)現(xiàn)電話遙控和全電腦控制，也可以對(duì)室內(nèi)的溫濕度和換氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。
二、地源熱泵與傳統(tǒng)供暖制冷系統(tǒng)的區(qū)別
普通中央空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵主機(jī)必須通風(fēng)良好，因此設(shè)計(jì)中一般放在屋頂或設(shè)置于地面，嚴(yán)重影響了建筑的整體美觀。如果采用鍋爐和冷水機(jī)組作為冷熱空調(diào)，鍋爐和冷水機(jī)組的設(shè)置也是很大的問題。而土壤源熱泵主機(jī)的設(shè)置就不會(huì)受這些影響，可以將其設(shè)置在建筑物的任何位置。
普通中央空調(diào)系統(tǒng)的主機(jī)組受天氣條件的影響非常大[3]。在建筑物室內(nèi)需要供暖或制冷時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)供暖或制冷不足的情況。同時(shí)風(fēng)冷熱泵在冬季會(huì)出現(xiàn)沖霜等問題，需要專門的設(shè)施進(jìn)行控制。而地源熱泵通過“搬運(yùn)”大地的熱量，不受天氣等因素的影響，使用效率更高。地源熱泵相對(duì)傳統(tǒng)的供暖制冷系統(tǒng)來說，更加綠色環(huán)保，不管是夏天還是冬天都不會(huì)污染外界環(huán)境。此外，地源熱泵主機(jī)的輸入功率較小，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)更低，既可以實(shí)現(xiàn)供暖制冷，又能為用戶提供生活熱水。
三、地源熱泵在我國(guó)市場(chǎng)中的發(fā)展前景
近年來，地源熱泵技術(shù)在歐美等國(guó)家取得了較快發(fā)展。地源熱泵技術(shù)在我國(guó)也逐漸得到了推廣和使用，但對(duì)土壤熱泵系統(tǒng)的研究還不是很深入，真正取得地下水熱泵工程成功的并不多。自1998年至今，我國(guó)很多專家學(xué)者在土壤熱泵系統(tǒng)的研究中投入了大量精力。目前已有很多研究者建立了相關(guān)試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)地下?lián)Q熱器和地面熱泵設(shè)備進(jìn)行研究，很多房地產(chǎn)商也在一些城市建立了土壤熱泵系統(tǒng)示范工程。2001年我國(guó)建設(shè)部門實(shí)施的相關(guān)文件對(duì)地源熱泵技術(shù)的研究和發(fā)展進(jìn)行了闡述[4]。北京市政府同相關(guān)研究機(jī)構(gòu)合作，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家的“綠色奧運(yùn)”提議，在2008年北京奧運(yùn)會(huì)上選擇使用了地源熱泵中央空調(diào)。
我國(guó)幅員遼闊，具有豐富的淺層地能[5]。目前我國(guó)發(fā)布的相關(guān)文件中明確提出，要在建筑用能中加大淺層地能等可再生利用資源的使用比例，淺層地能等可再生利用資源也已經(jīng)納入我國(guó)的能源發(fā)展規(guī)劃中。目前地源熱泵在我國(guó)沿海地區(qū)和北方地區(qū)有廣泛的應(yīng)用，很多商品房都使用了地源熱泵設(shè)備。通過初步統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)地級(jí)以上城市淺層地能的使用量，大于90億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒量。未來五年，我國(guó)計(jì)劃完成地源熱泵供暖制冷三億平方米以上，我國(guó)整個(gè)地?zé)崾袌?chǎng)的開發(fā)利用規(guī)模預(yù)計(jì)在七百億元。從2010年世界地?zé)岽髸?huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，與2005年相比，地源熱泵年利用能量在5年中的年增長(zhǎng)率超過百分之十九，地源熱泵的設(shè)備容量也以每年百分之十八的速度增長(zhǎng)。隨著我國(guó)地下熱泵工程技術(shù)的不斷改進(jìn)，以及專業(yè)安裝隊(duì)伍的發(fā)展，加上熱泵技術(shù)的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，地源熱泵的應(yīng)用具有廣闊的市場(chǎng)，勢(shì)必成為空調(diào)方式中最有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。
2002年我國(guó)鐵道部率先在沈陽鐵路局職工培訓(xùn)學(xué)校開展了地源熱泵技術(shù)示范工程建設(shè)，并進(jìn)一步推廣了地源熱泵技術(shù)的示范和應(yīng)用。實(shí)踐證明：地源熱泵技術(shù)可以為鐵路建筑供熱和制冷，具有幾百平方米到數(shù)萬平方米的應(yīng)用范圍且安裝靈活、使用便捷，正好適合鐵路系統(tǒng)中大大小小的獨(dú)立建筑；其低廉的運(yùn)行費(fèi)用使鐵路能源費(fèi)用支出突增的勢(shì)頭得到了明顯的遏制；其冬季供暖、夏季制冷并提供生活熱水的設(shè)施徹底改善了職工的工作、生活條件，體現(xiàn)了 “以人為本，共建和諧社會(huì)”的原則。也減少了一次性投資；同時(shí)沒有任何污染和廢棄物排放，這種運(yùn)行方式有效的保護(hù)了鐵路周邊的生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)鐵路綠色通道打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、結(jié)語
地源熱泵相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有很大優(yōu)勢(shì)，由于其環(huán)保節(jié)能、受外界環(huán)境影響、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是目前最有效的供暖制冷空調(diào)技術(shù)，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。相信在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和社會(huì)倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的今天，地源熱泵技術(shù)的研究會(huì)取得更大突破，這種具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)也將在世界廣泛推廣和使用。
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