浅析地源热泵技术的应用及优越性

摘要：文章阐述了地源热泵的基本原理，介绍它的应用、优越性及注意问题，使人们了解到其实际上就是利用地热能，以土壤、地下水、地表水等作为冬季热源和夏季冷源，通过热泵机组向建筑物提供热量和冷量的新型中央空调系统。

关键词：地源热泵；地源热泵原理；新型中央空调系统

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0029-02

伴随着温室效应和全球极端天气的频发，浅层地热能的开发利用作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，受到了广大公民的普遍关注，很多城市纷纷试点地源热泵项目，以求高效制冷或供暖。地源热泵作为一种利用可再生能源的暖通空调新技术，是建筑节能领域国际上通用的高效节能技术，在我国已经有了一段时间的发展历史，但是大多数人对其了解的程度是有限的。

1 地源热泵原理

地源热泵的作用是从低位热源中吸取能量，并把它传递给高位热源。在这个过程中虽然消耗了一定的高品位能源，但是向高位热源供给的却是从低位热源中提取出的能量与高品位能源之和。因此，热泵装置是一种节能装置。其工作原理与制冷机相同，都是按照热机逆循环工作的，不同的是工作温度范围不同。

地源热泵具有高效节能的优点，由于地下“冬暖夏凉”，冬季供热时，大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热及供应热水。夏季制冷时，将大地作为排热场所，把室内的热量通过埋地盘管排入大地中，再通过土壤的导热和土壤中水分的迁移把热量扩散出去。

2 地源热泵的应用

地源热泵机组按低位热源类型，分为水环热泵机组、地表水和地下水源热泵机组和地下环路式水源热泵机组（即土壤源热泵机组）。

地下水源热泵利用时需要充分了解地下水量、水温、水质，地下水类型，含水层岩性、分布、埋深及厚度，含水层的富水性和渗透性，地水下径流方向、速度、水力坡度、补给、排泄条件；地水水位动态变化。

地表水源热泵利用的是江、河、水库、湖体等水体。初始水温分布情况，直接决定了采用该水体能否作为低位冷热源。由于这些水体的水温分布情况不一致，水体可分为流动水体和静止滞留水体。

地源热泵的应用技术有两种：土-气型地源热泵技术和水-水型地源热泵技术

土-气型地源热泵技术是从浅层土壤或地下水中取热或向其排热，通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。水-水地源热泵技术是从地下水中取热或向其排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。由于土-气型地源热泵技术，可以不用地下水，采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式，直接从浅层土壤取效或向其排热，不受地下水开采的限制，因而应用的范围更大、更灵活。

地源热泵的应用目前为止已不仅体现在地下水及地表水当中，还可以拓展到废热回收利用上。很多大型的污水处理厂，其出水二级中水经深度处理后进入电厂汽轮发电机的凝汽器，作为电厂的冷却循环水，冷却电厂汽轮机排汽，带走部分余热，使水温升高。传统生产工艺中这部分水会进入电厂冷却塔，通过风冷将水中的凝汽热量散发到大气中，水可以循环利用。为了节约热能，同时减少蒸发水损失，利用地源热泵技术提取这部分冷却循环水中的热能加热供暖循环水至70℃以上，对厂区周边的住宅供暖。电厂排汽冷却介质的再生中水为水源，采用地源热泵机组提升温度，吸收以前被当做工业废热向大气排放的凝汽热量对居民进行供暖。这样即有利于电厂冷却循环水侧形成闭式循环，减少水量蒸发损失，又能够回收热能用于供暖。即环保又节能，是一种新型的洁净供热技术，也是城市集中供热的一个新的发展方向。

3 地源热泵的优越性

地源热泵相对分体空调，有很大的节能优势.其节能性主要体现在冬季供暖，经济效果显著。据有关资料显示，地源热泵系统冬季相对常规分散锅炉供暖系统平均节能率为30%，应用效果好的项目节能率达43%。

采用地源热泵系统供暖在几种供暖方式中能量转换系数最大，因此在运行费用的节省上也占有一定的优势。调查结果表明：各种供暖方式中，燃煤锅炉房费用最低，其次是地源热泵，再次为天然气锅炉房，最贵的是燃油锅炉房。

地源热泵技术被称为“绿色”供暖系统，利用少量的电能输入实现可再生能源的利用，能够节约一次能源煤的耗量，同时也减少了污染气体的排放，缓解温室效应和“酸雨”现象。根据测试结果，北方地区采用地源热泵采暖相对于常规的燃煤锅炉供暖，每个供暖季每平方米可减二氧化碳排放21Kg，减少二氧化硫排放0.7Kg，减少氮氧化物0.6Kg。

据相关资料显示，暖通空调能耗占全国总能耗的比例达22.75%，地源热泵符合国家的能源发展政策，利用可再生资源，中央空调系统无需锅炉及锅炉房，无需冷却塔，节省采暖锅炉的燃料消耗，节省锅炉、锅炉房、冷却塔等设备投资，节省锅炉污染治理投资，节省锅炉运行管理人员成本。

地源热泵技术属可再生能源利用技术，它利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源进行能量转换。地表浅层地热资源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

4 应用地源热泵注意问题

地热水的性质地热水中不同程度的来自热储中的岩粉、岩屑或砂土等碎屑物，长期利用中，可对容器产生沉淀和堵塞；有的地热水含有较高的低价铁和锰，在空气中氧的作用下，使水变成铁锈色，并使陶瓷等容器附着铁锈色，影响水和容器等使用设备的感观；有的地热水含有多种腐蚀性化学组分，往往对地热利用设备造成严重的腐蚀破坏，直接影响设备的使用寿命；还有的地热水矿化度较高，利用时温度降低，会使溶解其中的有些固体物质超过饱和度而在利用系统中产生结垢，造成设备及输水管道的堵塞。为此，利用地热水一般应依据水质条件及用途作相应的处理，使设备保持良好的状态，延长使用寿命。

地热水的处理方法地热水处理方法视水质和用途而定，处理方法可分为物理方法和化学方法两大类：物理方法包括：过滤法——用于清除地热水中的沉淀物；氧气隔离法——严格控制地热利用系统中地热水与空气的接触，不使氧进入热水系统，达到防腐目的；涂防腐涂料法——对接触地热水的设备喷涂防腐涂料，达到防腐目的；利用特种材料如不锈钢、陶瓷、塑料等不易腐蚀的材料制成的设备。化学方法：主要是在地热水中加入一定的化学剂，达到防腐除垢等目的。

地源热泵是一种利用大自然能源的一种中央空调系统，如果采用地下水作为能源国家是很限制的，为民保护地下水资源，避免水资源的流失，一定要保证取出的地下水全部回灌。热泵系统应安装回灌水量、水位和回灌水质的监测装置，对地下水资源合理的保护。

5 结语

地源热泵是一种新的中央空调工艺方式。该技术不破坏地下水资源，不造成空气热污染，不产生任何废气和废弃物，具有零污染的良好品质。目前我国在建筑能耗中，有将近65%是采暖和空调能耗，且仍在上升中，因而运用这项技术有良好的节能前景。

参考文献

[1] 暖通空调手册.

[2] 高层建筑设计技术.

作者简介：于文华（1975—），女，吉林辽源人，通钢板石矿业公司工程师，研究方向：给水排水。