地源熱泵與建筑節(jié)能的探討

1、地源熱泵與建筑節(jié)能的探討    地源熱泵與建筑節(jié)能的探討2011-04-26 08:53 來(lái)源：未知 瀏覽次數(shù)： 關(guān)鍵字： 探討,節(jié)能,建筑,熱泵,地源,地源熱泵與建筑節(jié)能的探討王旭摘要：本文利用熱泵供熱比鍋爐直接燃燒供熱節(jié)能的原理，對(duì)主要的熱泵供熱形式，特別是地源熱泵的技術(shù)特征、適用范圍和經(jīng)濟(jì)性作了較詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞： 熱泵 建筑環(huán)境 節(jié)能1、熱泵與建筑供熱空調(diào)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求。在發(fā)達(dá)國(guó)家中，供熱和空調(diào)的能耗可占到社會(huì)總能耗的25%左右。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料

2、燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量SO2, NOX等有害氣體以及CO2等溫室效應(yīng)氣體。大量燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題已日益成為各國(guó)政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)的供熱已經(jīng)歷了一家一戶的小煤爐到燃煤鍋爐的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在又進(jìn)一步禁止在城鎮(zhèn)建設(shè)中小型燃煤鍋爐房，體現(xiàn)了政府對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境的高度重視。因此，除了集中供熱的型式以外，急需發(fā)展其他的替代供熱方式。熱泵就是能有效節(jié)省能源、減少大氣污染和CO2排放的供熱和空調(diào)新技術(shù)。地源熱泵用地?zé)釗Q熱器作為低溫?zé)嵩喘h(huán)路，不需要冷卻塔和室外熱交換裝置；用制冷機(jī)組（熱泵）取代了鍋爐。因此對(duì)于建筑師來(lái)說(shuō)，地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)還有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，就是去除了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所需的鍋爐房

3、和冷卻塔。這些設(shè)施對(duì)建筑空間的需求和限制，往往成為建筑師的難題。而地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)沒(méi)有室外設(shè)施，對(duì)建筑物的外觀無(wú)影響。因此這一技術(shù)特別適用于景觀性建筑、古建筑以及難以設(shè)置冷卻塔的空調(diào)項(xiàng)目，有利于保護(hù)這些建筑的立面及周邊環(huán)境不被破壞，解決無(wú)處設(shè)置冷卻塔或鍋爐房的問(wèn)題。2、空調(diào)熱泵的分類(lèi)及技術(shù)分析以建筑物的空調(diào)（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統(tǒng)有許多種，例如有利用建筑通風(fēng)系統(tǒng)的熱量（冷量）的熱回收型熱泵和應(yīng)用于大型建筑內(nèi)部不同分區(qū)之間的水環(huán)熱泵系統(tǒng)等。本文主要討論利用周?chē)h(huán)境作為空調(diào)冷熱源的熱泵系統(tǒng)。就其性質(zhì)來(lái)分，國(guó)外的文獻(xiàn)通常把它們分為空氣源熱泵 (air source heat pump, A

4、SHP) 和地源熱泵（ground source heat pump, GSHP）兩大類(lèi)。地源熱泵又可進(jìn)一步分為地表水熱泵 (surface-water heat pump，SWHP)、地下水熱泵 (groundwater heat pump, GWHP) 和地下耦合熱泵 (ground-coupled heat pump, GCHP)。我國(guó)對(duì)熱泵系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)尚未形成規(guī)范的用法。例如對(duì)地下水熱泵系統(tǒng)有“地溫空調(diào)”的商業(yè)名；而地下耦合熱泵則在一些文獻(xiàn)中稱為“土壤源熱泵”，或直接稱為“地源熱泵”。2.1 空氣源熱泵空氣源熱泵以室外空氣為一個(gè)熱源。在供熱工況下將室外空氣作為低溫?zé)嵩?，從室外空氣中吸收?/p>

5、量，經(jīng)熱泵提高溫度送入室內(nèi)供暖；其性能系數(shù)（COP）一般在23。空氣源熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)單，初投資較低?？諝庠矗L(fēng)冷）熱泵目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)機(jī)組和風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組。2.2 地源熱泵另一種熱泵利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源，可以稱之為“地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠(yuǎn)高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。進(jìn)一步提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率。2.2.1 地下水熱泵地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經(jīng)過(guò)換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng)，但對(duì)于較大

6、的應(yīng)用項(xiàng)目通常要求通過(guò)回灌井把地下水回灌到原來(lái)的地下水層。水質(zhì)良好的地下水可直接進(jìn)入熱泵換熱，這樣的系統(tǒng)稱為開(kāi)式環(huán)路。實(shí)際工程中更多采用閉式環(huán)路的熱泵循環(huán)水系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過(guò)熱泵的循環(huán)水分隔開(kāi)，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質(zhì)對(duì)熱泵的影響。最近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。 2.2.2 地表水熱泵 地表水熱泵系統(tǒng)的一個(gè)熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大體量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫?zé)嵩词侵档每紤]的一種空調(diào)熱泵的型式。由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類(lèi)似，當(dāng)環(huán)境溫度越低時(shí)熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會(huì)降低。一

7、定的地表水體能夠承擔(dān)的冷熱負(fù)荷與其面積、深度和溫度等多種因數(shù)有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算。 2.2.3 地下耦合熱泵 地下耦合熱泵系統(tǒng)是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng)，或直接稱為“地源熱泵”。它通過(guò)循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。我國(guó)的研究人員和工程技術(shù)人員近年來(lái)在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上在地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)理論方面進(jìn)行了不懈的努力，山東建筑工程學(xué)院已于2001年建成閉路地源熱泵示范工程并投入實(shí)際使用，為在我國(guó)推廣應(yīng)用這一新技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 3、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)

8、性分析地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。如上所述，地源熱泵系統(tǒng)的另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高約40-60。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。 迄今為止制約地下耦合熱泵系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用的障礙主要是在地下埋管的初投資較高，以及政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏了解。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性取決于多種因素。不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件，不同能源結(jié)構(gòu)及價(jià)格等都將直接影響到其經(jīng)濟(jì)性。4、結(jié)束語(yǔ)在建筑供熱空調(diào)中采用熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應(yīng)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)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。隨著改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)和供熱已成為普通百姓的需求，并逐漸向農(nóng)村和南方擴(kuò)展，市場(chǎng)前景很好。通過(guò)政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)的地源熱泵應(yīng)用將得到較快的推廣和發(fā)展。參考文獻(xiàn)1.Rognon F, Hea