暖通空调新技术

暖通空调新技术

陈建伟

关键词：地源热泵节能环保应用

引言

地源热泵（GSHP）是以大地为热源对建筑物进行空气调节的节能新技术[1]。应用地源热泵系统可夏季供冷、冬季供暖。由于地源热泵可显著降低运行费用[2]，已受到越来越广泛的关注，被认为是最有前途的空调系统之一。

地源热泵工作原理

地源热泵[7]利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水，土壤或地表水等），通过输入少量的高品位能源（如电能），即可实现热量从低温热源向高温热源的传递，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。在冬季，把地能中的能量“取”出来，提高温度后，供给室内的热用户；在夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地层当中去。

地源热泵系统的分类及特点

3.1土壤源（GCHP）热泵（又称：大地耦合式热泵GCHP：Ground-CoupledHeatPump）

3.1.1土壤源特性

土壤的温度分布与土壤中的热量得失密切相关。土壤中可获得的热量来源有：太阳辐射、地球内部产生的热、土壤中生物过程释放的热、化学过程产生的热。其中太阳辐射是表层土壤热能的主要来源。土壤获得太阳辐射能后，又以多种方式向外输出，其中对流、地表辐射、地面蒸发、生物蒸腾作用消耗的热能以及向地层深处传导的热量。3.1.2土壤源热泵的系统[9]形式及分类

土壤源热泵根据其蒸发器端与大地换热的形式不同，可分为通过热泵工质―水换热器的间接式系统（图2-1），和采用热泵工质在埋于地下的盘管中直接膨胀的直接式系统。

图2-1间接式GCHP系统

在间接式系统中，载冷剂或盐水溶液被用来在热源和蒸发器间传递热量，它与直接蒸发系统相比可以减少制冷剂的充灌量，这在当前是令人感兴趣的，在将来也会变得更为重要；它还增加了热泵系统的灵活性；同时它使现场工程量减至最低并减免了制冷管路的安装。其缺点在于引入带有热交换器的额外流体环路，增加了初投资[3]，带来额外的温降。为了把这些不利之处降至最低，重要的是针对运行工况尽可能地优化设计盐水回路，此外用作载冷剂的流体性质也十分重要。直接蒸发系统中将蒸发器盘管直接埋入地下，可以有效地减少投资额，尤其适用于小型家居热泵系统。

3.2水源热泵（WSHP：WaterSourceHeatPump）

水源热泵就是利用地球表面浅层水如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转划的装置。

4．地源热泵系统发展存在问题分析

我国对地源热泵的研究起步较国外晚，很多研究工作是借鉴国外的技术和成果的基础上进行的，但由于地源热泵系统的运行性能受地域性影响较大，所以在研究和开发地源热泵应注意以下几方面的问题：

①土壤的热物性对热泵运行效率起关键性的作用，因此必须了解各种土壤状况下对不同埋地换热器的换热机理。

②加强土壤源热泵系统自动控制技术的研究，以及其在建筑物中的合理布置。

③探讨土壤源热泵系统与其他热源系统和辅助设备联合的情况，如土壤源热泵系统和冷却塔的联合使用、土壤源热泵系统和太阳能的联合使用或其他辅助设备的联合使用，来提高系统的运行效率。

解决措施：

①研究和收集各地区的土壤热物性的相关资料，作为地源热泵设计的参考资料。

②开发与热泵空调系统相配套的系列管材、管路配件及熔接设备和技术来降低初投资；研究专门的钻井、下管、封井设备和技术，并用规范化来缩短施工周期，从而降低施工费用。

③选择适当的管间距、系统间隔运行、管群之间交叉运行或增设辅助设备等措施均可缓解地温的变化程度，保证埋地换热器与周围的土壤有足够的传热温差，从而不影响土壤与系统的换热过程。

④对已竣工的地源热泵系统[6]进行归纳、总结，有利于形成一套成熟、可靠的地源热泵设计方法。

⑤需要政府的政策引导、对设计和施工人员的培训以及提高公众对地源热泵技术的了解程度。

5．结束语

节能、环保、可持续发展已经成为世界发展的三大主题。在供热空调领域中，地源热泵技术有效地提高一次能源利用率[7]，减少温室效应气体CO2和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的“绿色技术”，符合世界发展的需要。地源热泵在我国的研究与应用还处于起步阶段，热泵工质的研制和开发还需要进一步深入进行，各地区的地下热源状况、土壤热物性资料还需要进一步搜集和整理，地源热泵的系统性能优化[10]和经济性分析也尚待深化。但地源热泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点，已成为空调供暖工程优先选择的方案之一。

参考文献：

[1]张群力，王晋.地源和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J].流体机械，2003，（5）.

[2]姜宝成，王永镖，李炳熙.地源热泵的技术经济评价[J].哈尔滨工业大学学报，2003，（2）.

[3]李新国，赵军，朱强.地源热泵供暖空调的经济性[J].太阳能学报，2001，（4）.