浅析地源热泵的应用

张秀峰

摘 要：在全球环境问题日益严重的当下，如何应用与开发清洁能源、可再生资源，降低对大自然的破坏，实现建筑产业的健康、可持续发展，推动城市文明建设与生态环境的和谐共存，成为人类需要认真思考与解决的课题。具体到暖通建筑工程项目的施工过程中，为了实现绿色节能的施工目标，采用地源热泵系统设计与安装，能够有效收集、利用太阳能能源，作为制冷供暖系统的清洁能源，从而取代高能耗、存在不同程度污染的电力或者煤炭能源，实现建筑工程项目的节能减排设计目标。下文中，笔者将结合个人参加暖通项目工程的施工经验，分析地源热泵系统的特色优势、施工类型和注意事项，以期为同行业者提供经验与参考。

关键词：暖通工程项目；施工管理要点；地源热泵；节能减排

建筑工程的地面土壤中存储了数量庞大的太阳能能源，如果能够将这些能源有效利用起来，则可以利用约50%的太阳辐射能源作为建筑工程项目的制冷供暖能源。与此同时，建筑工程地源热泵系统的安装，将确保地面下水源和土壤将接收到的过剩太阳能辐射热量转化、输出，从而使地面系统的能源供输均衡。地源热泵系统的应用，最早起源于欧洲北部地区和美洲的国家，我国地理位置、气候条件与美国更为接近，因此可以借鉴并学习美国应用开发地源热泵制冷供暖系统的相关理论、施工技术、案例经验，同时结合我国当地的现实环境特色、地质情况，制定出符合我国现实国情与经济能力的地源热泵系统设计与安装方案。随着我国经济建筑的进程加速，在科技产业的发展带动下，人们日益认识到环境保护、节能减排、绿色生态等理念和发展模式的重要意义，因此，大力促进太阳能、风能等清洁、可再生能源的开发与利用，受到人们的支持与环境，也有利于建筑产业和城市建设的长期、健康、可持续发展。地源热泵系统与施工技术，在该背景下提出，并受到人们认可与欢迎。

1 地源热泵的概述

地源热泵是1912年由瑞士专家提出，但是其真正开始应用却在美国，据相关统计分析，相较于传统意义上的建筑物供暖制热系统技术，地源热泵暖通空调系统在优化节能50%～60%的同时，也节约了40%～70%的成本费用开支。在暖通空调中科学应用地源热泵系统，就是通过把空调系统的冷凝器，以及蒸发器埋在地下，这样热量就可以通过土壤、水介质等进行热能的交换，尤其是在炎热的夏季，运用地源热泵系统就能把这些热量贮存到一起，当冬季来临的时候，其可以为建筑物供暖，而如果是在寒冷的冬季，该地源热泵系统能够把冷能量贮存到一起，供建筑物夏季制冷使用。

2 地源热泵技术特点

地源热泵使用电力，没有燃烧过程，对周围环境无污染排放；不使用冷却塔，没有外挂机，不向周围环境排热，没有热岛效应，没有噪音；不抽取地下水，不破坏地下水资源；一机三用：冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活热水；使用寿命长：使用寿命20年以上，是分体式或窗式空调器的2～4倍；全电脑控制，性能稳定，可以电话遥控，可以进行温湿度控制和新风配送。地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12～22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水體温度夏季为18～32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30%～40%的供热制冷空调的运行费用。1kW的电能可以得到4 kW以上的热量或5kW以上冷量。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70%～90%的燃料内能为热量，供用户使用。因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省约1/2的能量。

3 地源熱泵的主要形式

地源热泵分为地埋管形式、地下水源热泵和地表水源热泵等形式。（1）地埋管形式。第一、水平式地源热泵。水平式地源热泵通过水平埋置于地表面 2～4m以下的闭合换热系统，其与土壤进行冷热交换，此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物。第二、垂直式地源热泵。通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50～400m深的岩土体与土壤进行冷热交换。此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物。（2）地表水式地源热泵。地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。此种系统适合于中小制冷供暖面积，临近水边的建筑物。它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性，其需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域。（3）地下水式地源热泵。地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。此系统适合建筑面积大，周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。

4 暖通空调中应用地源热泵的注意事项

地源热泵在暖通空调中应用的注意事项：（1）遵循因地制宜的原则，地源热泵在实践操作中会受到很多客观因素的制约，因地制宜就是如果在夏季能量储存不足，满足不了冬季的供暖需求，那么地源热泵系统就应该增加制热装置的设计，以此来增加热能，保证居民对热量的正常需求，如果该系统在冬季不能储存足够的冷能量，与之相对应的在系统设计中，就应该增加冷却装置，因此在设计中工作人员先进行科学的计算，最后决定使用地源热泵技术是否合理。（2）正确选择地源热泵的类型。当前有很多机组类型可以选择，但是没有一个统一的规范和管理制度，所以要选择合适的机组，并且地源热泵对机组的能效比与性能系数有着很高的要求，因此设计者必须根据地源热泵的使用要求选择正确的能效比和性能系数。

综上所述，伴随城市居民生活质量的稳步提升，如何实现城市建设发展与生态环境之间的可持续发展、和谐共存，成为城市建设者、房地产开发商、有关施工单位需要认真思考的问题。地源热泵系统的施工安装与应用，能够节约电能、降低建筑工程的能源损耗量。因此，有关单位的施工管理者，应当继续加强对地源热泵系统施工的研究与学习，降低环境污染，起到节能减排、绿色环保的目的。

参考文献

[1]肖伟.藏西南边远地区直接受益式太阳能采暖研究[D].清华大学，2010.

（作者单位：大连爱瑞克机电设备有限公司）