淺議暖通空調(diào)中的新技術

聶聰英

摘要：地源熱泵（GSHP）是以大地為熱源對建筑物進行空氣調(diào)節(jié)的節(jié)能新技術。應用地源熱泵系統(tǒng)可夏季供冷、冬季供暖。由于地源熱泵可顯著降低運行費用，已受到越來越廣泛的關注，被認為是最有前途的空調(diào)系統(tǒng)之一。

關鍵詞：地源熱泵;節(jié)能環(huán)保;應用

前 言

本文對地源熱泵系統(tǒng)進行了簡要的介紹，在綜合國內(nèi)外系統(tǒng)應用現(xiàn)狀的基礎上，對這一技術在國內(nèi)應用實施的現(xiàn)狀和問題進行了分析;盡管地源熱泵系統(tǒng)仍存在一定缺陷，但其在節(jié)能和環(huán)保方面有著明顯的優(yōu)勢及國外發(fā)展的明顯優(yōu)勢，可以斷言地源熱泵系統(tǒng)在我國將有廣泛的應用前景。

一、地源熱泵工作原理

地源熱泵利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水，土壤或地表水等），通過輸入少量的高品位能源（如電能），即可實現(xiàn)熱量從低溫熱源向高溫熱源的傳遞，地能分別在冬季和夏季作為低溫熱源和高溫熱源。在冬季，把地能中的能量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)的熱用戶;在夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來，釋放到地層當中去。

二、地源熱泵系統(tǒng)的分類及特點

1.土壤源（GCHP）熱泵（又稱：大地耦合式熱泵GCHP：Ground-Coupled Heat Pump）

1.1土壤源特性

土壤的溫度分布與土壤中的熱量得失密切相關。土壤中可獲得的熱量來源有：太陽輻射、地球內(nèi)部產(chǎn)生的熱、土壤中生物過程釋放的熱、化學過程產(chǎn)生的熱。其中太陽輻射是表層土壤熱能的主要來源。土壤獲得太陽輻射能后，又以多種方式向外輸出，其中對流、地表輻射、地面蒸發(fā)、生物蒸騰作用消耗的熱能以及向地層深處傳導的熱量。

1.2土壤源熱泵的系統(tǒng)形式及分類。

土壤源熱泵根據(jù)其蒸發(fā)器端與大地換熱的形式不同，可分為通過熱泵工質(zhì)—水換熱器的間接式系統(tǒng)（圖2-1），和采用熱泵工質(zhì)在埋于地下的盤管中直接膨脹的直接式系統(tǒng)。

圖2-1 間接式GCHP系統(tǒng)

在間接式系統(tǒng)中，載冷劑或鹽水溶液被用來在熱源和蒸發(fā)器間傳遞熱量，它與直接蒸發(fā)系統(tǒng)相比可以減少制冷劑的充灌量，這在當前是令人感興趣的，在將來也會變得更為重要;它還增加了熱泵系統(tǒng)的靈活性;同時它使現(xiàn)場工程量減至最低并減免了制冷管路的安裝。其缺點在于引入帶有熱交換器的額外流體環(huán)路，增加了初投資，帶來額外的溫降。為了把這些不利之處降至最低，重要的是針對運行工況盡可能地優(yōu)化設計鹽水回路，此外用作載冷劑的流體性質(zhì)也十分重要。直接蒸發(fā)系統(tǒng)中將蒸發(fā)器盤管直接埋入地下，可以有效地減少投資額，尤其適用于小型家居熱泵系統(tǒng)。

2.水源熱泵（WSHP：Water Source Heat Pump）

水源熱泵就是利用地球表面淺層水如地下水、地熱水、地表水、海水及湖泊中吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能資源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)劃的裝置。

三、地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展存在問題分析

我國對地源熱泵的研究起步較國外晚，很多研究工作是借鑒國外的技術和成果的基礎上進行的，但由于地源熱泵系統(tǒng)的運行性能受地域性影響較大，所以在研究和開發(fā)地源熱泵應注意以下幾方面的問題：

1.土壤的熱物性對熱泵運行效率起關鍵性的作用，因此必須了解各種土壤狀況下對不同埋地換熱器的換熱機理。

2.加強土壤源熱泵系統(tǒng)自動控制技術的研究，以及其在建筑物中的合理布置。

3.探討土壤源熱泵系統(tǒng)與其他熱源系統(tǒng)和輔助設備聯(lián)合的情況，如土壤源熱泵系統(tǒng)和冷卻塔的聯(lián)合使用、土壤源熱泵系統(tǒng)和太陽能的聯(lián)合使用或其他輔助設備的聯(lián)合使用，來提高系統(tǒng)的運行效率。解決措施：

3.1研究和收集各地區(qū)的土壤熱物性的相關資料，作為地源熱泵設計的參考資料。

3.2開發(fā)與熱泵空調(diào)系統(tǒng)相配套的系列管材、管路配件及熔接設備和技術來降低初投資;研究專門的鉆井、下管、封井設備和技術，并用規(guī)范化來縮短施工周期，從而降低施工費用。

3.3選擇適當?shù)墓荛g距、系統(tǒng)間隔運行、管群之間交叉運行或增設輔助設備等措施均可緩解地溫的變化程度，保證埋地換熱器與周圍的土壤有足夠的傳熱溫差，從而不影響土壤與系統(tǒng)的換熱過程。

3.4對已竣工的地源熱泵系統(tǒng)進行歸納、總結(jié)，有利于形成一套成熟、可靠的地源熱泵設計方法。

3.5需要政府的政策引導、對設計和施工人員的培訓以及提高公眾對地源熱泵技術的了解程度。

四、結(jié)束語

節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界發(fā)展的三大主題。在供熱空調(diào)領域中，地源熱泵技術有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的“綠色技術”，符合世界發(fā)展的需要。地源熱泵在我國的研究與應用還處于起步階段，熱泵工質(zhì)的研制和開發(fā)還需要進一步深入進行，各地區(qū)的地下熱源狀況、土壤熱物性資料還需要進一步搜集和整理，地源熱泵的系統(tǒng)性能優(yōu)化和經(jīng)濟性分析也尚待深化。但地源熱泵空調(diào)技術以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點，已成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。

參考文獻：

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