241-地源热泵技术的应用与发展.pdfVIP

地源热泵技术的应用与发展 北京建筑大学，李丹 摘 要：随着科学技术的进步、人们对生活质量要求的不断提高，各类商用建筑、住宅 的室内温度达到冬暖夏凉已成为最普遍的要求。在传统的供热系统中，燃煤锅炉是最常见的 设备，然而随着煤炭价格的居高不下，环保观念日益深入民心，这种设备已经面临着淘汰的 命运。地源热泵技术的应用，不仅对建筑节能具有重大意义，而且对环境保护有着巨大的影 响。 关键词：地源热泵；供暖技术；节能环保 0 前言 本文从土壤耦合热泵系统、地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统三个方面，介绍 了地源热泵的分类及工作原理，并在分类的基础上对三大地源热泵系统进行了简要的概述。 同时，对新技术与热泵原有技术的结合进行了简明例举。通过分析地源热泵的经济性以及在 节能环保方面的显著优势，表明地源热泵技术具有良好的应用前景。 1 地源热泵的研究应用现状 在经济新常态与可持续发展的要求下，清洁能源的地位日渐凸显。作为贮存在地球内部 可再生热能的地热资源，经过专业人员多年辛勤探索，取得可喜成就，进而使得产业发展迎 来新的契机，尤其是在供暖/制冷的暖通领域。作为应用方式之一的地源热泵，在我国应用 建筑面积位于世界前列，而近年来“煤改清洁能源.’政策下，更是成为重头戏。据悉，我 国地热资源量约占全球地热资源的1 /6。其中，浅层地热能资源量相当于95 亿t 标煤;中 低温地热资源资源量13700 亿t 标煤;干热岩(3-10 公里内)资源量860 万亿t 标煤。相关数 据显示，截止十二五末全国浅层地热能供热制冷面积达到3.92 亿m2 ，深层地热供暖面积达 到1.02 亿m2 ，地热能源发挥的作用日益明显。 在国家能源局的指导协调下，国家地热能中心带头组织、深入调研、综合研究、科学编 制了地热能开发利用十三五规划。主要目标是地热供暖/制冷面积累计新增11 亿m2 ，到2020 年累计达至}l 16 亿m2 ，加上发电、种植、养殖洗浴等，共可实现替代标煤7210 万t，同时 CO2 减排为1.77 亿t。这是我国首次出台地热发展五年规划。 2 地源热泵主要形式 根据热量来源不同，地源热泵暖通系统可分为土壤源、地下水源、地表水源三类。 （1）埋管式土壤源热泵系将使用水作为工作介质，在土壤内部换热管道与热泵机组之 间循环流动，完成机组与土壤之间的热交换，根据埋管形式不同，可分为水平和垂直两类， 这也是应用最为广泛的地源热泵形式，无需抽取地下水。 （2）地下水源热泵以地下水作为热量来源，抽出地下水之后将水送到换热器和热泵机 组，提取或者释放热量之后再送回地下，该方案的使用需要征得地方政府的许可，同时地下 要具有充足的水量，回灌工作是该方案的重点。 （3）地表水源热泵使用地表水作为冷热源，抽取江河湖海水，形成开式循环或者闭式 循环。开式循环直接抽取地表水进行热交换，闭式循环则使用水盘管热交换器和地表水进行 热交换。根据地源侧水应用方式不同，地源热泵还可以划分为闭环与开环两类，其中闭环换 热器内的工作介质不和外部水或者土壤相连通，工作介质在封闭的循环系统内与外部环境完 成热交换，在热泵机组和地下埋管之间循环。开环系统则直接抽取外部水作为工作介质，一 般都应用板式换热器完成和外部水之间的热量交换，保护内部热交换器。 3 地源热泵研究新技术 随着关于地源热泵研究的逐渐深入，地源热泵在实际工程应用中也呈现出不少问题， 这些问题并非由系统设计本身的缺陷造成。其中一个突出的问题是，土壤热平衡问题，在有 些地区，热泵系统在冬天排入地下的热量与在夏天提取出的热量不平衡，即排入土壤的热量 大于从土壤提取的热量，致使地温升高，最终导致了制冷效率逐年下降，甚至反而导致耗能 增加。众多行业人士结合多年的经验，提出了新的发展思路，主要体现为地源热泵技术与其 它节能技术的结合。 3.1 地源热泵技术与蓄冷技术结合 蓄冷技术还体现在冰蓄冷技术与热泵系统的结合当中。冰蓄冷技术并不节能，从某种意 义上说反而浪费能源，但冰蓄冷有其不可否认的优势。使用冰蓄冷可调节峰谷之间的用电量， 减小了电网在用电高峰期峰值，缓解电力供需矛盾、提高能源利用效率。近几年，中国计量 学院计量测试工程学院和浙江省空调蓄能与节能重点实验室等人设计了地源热泵与冰蓄冷 耦合系统。他们的研究得出该系统在不同的环境温度需求下的运行控制策略和流程，实现了 机组在空调、制冰以及供暖三个工况之间的调节。最后，对该系统进行了经