地源热泵在建筑节能中的应用
摘要：随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，居住环境的舒适性和低碳环保越来越成为现代绿色建筑的新标准。我们应采取各种有效的技术和管理措施，公共建筑和住宅的供暖和空调已成为人们的普遍要求空调早已悄悄进入我们的生活。本文在地源热泵发展现状的基础上，对地源热泵系统进行了研究，比分析了其在建筑节能中的应用。
关键词：地源热泵；建筑节能；应用
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，居住环境的舒适性和低碳环保越来越成为现代绿色建筑的新标准。我们应采取各种有效的技术和管理措施，公共建筑和住宅的供暖和空调已成为人们的普遍要求，空调早已悄悄进入我们的生活。作为目前改善建筑热舒适条件的工具，在上海空调家庭拥有率已达到平均1台以上。作为中国传统供热模式的燃煤锅炉不仅能源利用率低，燃气锅炉运行费用又相对较高，而且还会给大气造成严重的污染。地源热泵正以其节能、环保和可持续发展的突出优点，如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减下来，日益成为空调供暖工程优先选择的方案之一。减轻对大气环境的污染，随着空调设备的日益普及，建筑耗能量势必将迅猛增加，成了暖通界人士首要其冲需要解决的问题。对大气环境的污染也将日趋严重。在保证使用功能不降低的情况下，对原有建筑物有计划地进行节能改造，把新建房屋建筑的能耗较大幅度地降下来，地源热泵作为一种有益环境、节约能源和经济可行的建筑物，达到节省能源、保护环境和提高人民生活质量的目的，供暖及制冷新技术越来越受到关注。
1 地源热泵的现状
美国是世界上地源热泵生产、使用和发展的头号大国。1946年，美国第一台地源热泵系统在波兰特市中心区安装成功。1994年，美国政府第一套地源热泵空调系统在俄勒冈州国会大学安装，地源热泵从此在美国政府、军队、电力公司等得到了大量应用。1998年，美国环保署颁布法规，要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地源热泵系统。地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源，现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖，夏季把室内的热量取出来，释放到地下去。全球75%的地源热泵系统安装在北美地区。
1.1 地源热泵技术认识不足
国内大型地源热泵的发展，大部分都是以商家宣传的使用效果为主，但是之前大型地源热泵在全世界各国均未得到大量开发和使用，在某些程度上看是起源于国外小型地源热泵机组的引进和应用，正对工程设计人员有参考价值的资料较少，容易保守地选择老品牌，许多人对老技术和老品牌过于依赖，造成了选择失误。
1.2 施工设计参数不合理
地下温度变化特性根据地区的不同，因为没有更多的创新技术和经验，岩土结构的不同差异较大，所以缺少更多、更先进，其是对浅层恒温的利用，更实用的指导性规范和实用性可参考的资料。尤只要工程施工质量良好，节能不好，冷暖效果不好，专业性规范和可操作性工具资料缺乏。
2 地源热泵系统
2.1 工作原理
地源热泵是利用地下地热资源的高效节能环保型空调系统，可实现能量从低温热源向高温热源的转移。地源热泵系统在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。冬季热泵机组从地源中吸收热量，并向建筑物内供暖，夏季热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地源中实现制冷。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、水源热泵机组系统和室外地能换热系统不断转移至地下的过程中。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发，将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，最终通过室外地能换热系统转移至地下水或土壤里。在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，由室外地能换热系统吸收地下水或土壤里的热量，地源热泵系统在制热状态下，通过水源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝。
2.2 系统划分
根据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统主要由室外地能换热系统、热泵机组系统和室内采暖空调末端系统3个部分组成。地源热泵系统分为。地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统，和地埋管地源热泵系统组成。3个系统之间靠水或空气进行热量传递，与建筑物采暖空调末端之间的换热介质，水源热泵机组与地能之间换热介质为水。
3 地源热泵在建筑节能中的发展
中国经济高速增长，社会购买力大大增强，随着科技的发展，地源热泵的技术将更加成熟和完善，地源热泵的高初投资对其应用的影响将越来越小，地源热泵必将拥有更加广阔的发展前景。地源热泵系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。节能、环保、可持续发展已经成为世界发展的三大主题。地源热泵在中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和经济性分析也尚待深化。地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，但地源热泵系统被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。根据国外的经验，由于地源热泵运行费用低，可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑。不同地区，不同地质条件，不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少，增加的初投资可在3～7年内收回，保证了系统的高效性和经济性。
结论
近年来，大型水/地源热泵新技术在中国已经开始不断创新和发展应用，在一定程度上，催生了全球化热泵冷暖的发展，引领了新能源技术产业发展创新的新潮流，大型热泵冷暖技术和节能减排事业发展并将成为主流。
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