（微山县建筑安装工程公司，山东，济宁，277600）
【摘 要】随着我国经济不断地增长人民的生活水平得到不断提高，人们越来越关注节能环保技术。在我国的供暖地区，暖通空调运用广泛，是保障北方地区人们过冬的必需品。然而传统的暖通空调不仅运行成本高，对人民造成经济压力，而且会对环境造成污染。随着地源热泵技术的产生和发展并逐步在暖通空调中广泛应用，发挥其社会效益、经济效益以及环保效益，使建筑暖通工程不断发展。地源热泵技术能够通过利用地下浅层岩体储冷储热的功能，对建筑物进行供暖和制冷，是高效的环境友好型的供热、供冷系统。本文叙述了建筑暖通中地源热泵技术的特点及工作原理,分析了地源热泵技术在暖通工程中的应用。
【关键词】热泵技术；地源热泵技术；暖通
传统的暖通空调在帮人们抵御寒冷的同时也对环境造成了压力，产生了能耗大、废气排放、温室效应以及酸雨等一系列问题。相关统计表明，在发达国家中央空调系统的能耗大于建筑总能耗的50％，目前我国中央空调系统的总能耗已经占建筑总能耗的55％，而我国建筑总能耗约占全国总能耗的三分之一[1]。随着人们生活水平的不断提升，供暖系统已经逐渐变成人们生活的必需品。传统的燃煤式锅炉子供暖系统不仅资源利用率低还会对环境造成污染，因此人们开始寻找节能环保的能源。
地热是一种合适的高效节能环保能源，它来自灼热的地球内部的地热能，通过和围岩元素产生置换作用以及地热异常形成了丰富的地热资源。地热资源可分为用于发电的高温地热资源（150℃）、中温地热资源（90～150℃）和可用于暖通空调的低温地热资源（90℃）[2]。当前，地源热泵技术正逐步在我国暖通空调领域进行推广，它具有节能环保、经济高效、可制冷制热转换以及不受气候和地域影响等优点，已成为建筑暖通节能的重要方向。因此本文对应用于建筑暖通中的地源热泵技术进行了介绍。
1．不同的地源热泵技术（GSHP）及特点
1912年瑞士发明了地源热泵这个专利，地源热泵系统是利用地下浅层的热能，通过少量的电能等高位能源，进行低温位能向高温位能转移，以实现冬季取热储冷，夏季取冷储热的高效节能系统，是一项节能环保、经济高效、可制冷制热的极具经济效益、社会效益和生态效益的社会公益技术，堪称二十一世纪的“绿色空调技术”。据统计表明，每安装40 万台的地源热泵可减少排放100万吨的温室气体。地源热泵根据所采用热源热汇的形式不同，可大致分成大地耦合式热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）和地表水热泵（SWHP）。
1.1大地耦合式热泵（GCHP）及其特点
大地耦合热泵的换热器埋在地下，以大地地表浅层的土壤作为热源，与大地进行冷热交换。大地耦合热泵的系统主机一般采用水—水或水—气热泵机组。地下的热交换器的布置形式可分为垂直、水平和蛇行埋管三类。
大地耦合热泵与传统空气热泵（ASHP）相比较而言具有很多优势：（1）地下土壤达到一定深度后其温度的波动变化较小，且其能延缓地表空气温度的波动，因此适合作为热泵装置的稳定热源，使系统高效运行。（2）土壤作为热源，对环境造成的“热污染”和空气污染较小。（3）大地耦合热泵不需要风机来回收热量、不存在除霜和噪音问题。（4）土壤能够存储的能量非常大，能与太阳能装置相互结合，通过土壤储热能力提高制冷制热的效果。
然而大地耦合热泵也存在一些不足：（1）土壤的热导性能不好，需要占用较大面积。（2）地下埋管成本高，且埋设的管道不易检修。（3）土壤干燥后会导致导热能力下降，因此夏季难以排热制冷。
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大地耦合热泵根据其蒸发器端与大地换热形式的不同可分为通过热泵工质－水换热器的间接式系统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。在间接式系统中，热源和蒸发器之间用载冷剂或盐水溶液传递热量，它具有减少制冷剂冲灌量、增加系统灵活性，降低工程量的优点；不足在于：增加了成本，产生能力损耗。而直接蒸发系统将蒸发器盘管直接埋入地下，可有效减少成本。它以并行的铜管作为压缩机的地下盘管，这样抽热多。
大地耦合热泵还可以根据交换管的摆放分为水平式和垂直式。水平热交换管的地下盘管水平设于土壤中，材质为聚乙烯。管子的敷设深度和管侧间距是这项技术中的两个重要参数。塑料管间距应综合考虑热利用效率以及费用。热泵工质采用的是盐水溶液。水平热交换管敷设方法有回流式和串流式等两种，后者对换热较有利，具体方式应考虑土质和地形确定。垂直热交换管就是将内管下端开放、外管下端封闭的两根导管垂直安装在土壤中，材料为金属或聚乙烯。在径向间距相同，深度可达一百米，随条件不同而变化。大地耦合热泵的热交换效果与砂土的类型及状态有关。
大地耦合热泵的特点是通过地下埋管或换热器来回收土壤的热源，因此受到土壤、气候等因素的影响。
1.2地下水热泵（GWHP）及其特点
地下水热泵系统，利用地下水为热源，通过地下水热泵机组来提供冷/热水并调节房间空气的温度。由于深层地下水能够隔热和蓄热，受环境温度的影响较小，利于作为热泵运行的热源。地下水热泵的优点为：（1）地下水热泵系统占用面积小，可以大量抽取及回灌地下水。（2）相较大地耦合热泵言，大型的地下水热泵系统单位成本较低，且一幢建筑仅需一个高流量的地下水热泵系统。（3）地下水热泵维护费费用低，且地下水的回灌不会影响地面沉降。（4）地下水热泵施工技术相对成熟。地下水热泵的缺点在于：（1）要作为空调的冷热源，含水层的水温受到一定限制。（2）施工不佳可能会导致地下水污染，影响水文地质条件。（3）地下水热泵系统的设计影响耗费。
因此，在构建地下水热泵系统之前，应充分考察当地的水文地质条件，测试水量以及水质；在确定符合地下水热泵构建条件后还要制定详尽周密的计划以减少构建成本，提高构建的质量。
1.3地表水热泵（SWHP）及其特点
地表水热泵系统利用地表的溪流、池塘和湖泊等水源作为热源对建筑进行空调的热泵技术。地表水相对温度变化小的地下水，温度变化剧烈，制冷制热的效率大大降低，因此在低温的冬季，除了地表水热泵系统外，往往需要双联热泵采暖系统。地表水热泵系统分为开路和闭路系统。地表水热泵系统的优点为成本低、维修率低、耗能低以及运行费用低等。在寒冷地区，只能采用闭路系统。因为地表水热泵系统在公共的河水中，系统的管道或其他设备容易受损。地表水热泵可以将分体式的蒸发器直接安装于地表水中，一般使用的蒸发器为板式热交换器。该系统的设备较为简单，价格较为低廉，但由于水位变化时蒸发器板很难固定，且蒸发器泄漏会引起热泵损坏，蒸发器的表面常需清理。地表水热泵也可以通过盐水循环间接引用水的热能。该地表水热泵系统同样需要地表水中安装板式的热交换器，但蒸发器使用的是盐水溶液。温度低于地表水的盐水可吸收其热量，将热量传给地表水热泵，不断循环吸收地表水的热量。使用盐水溶液的优点在于其－10℃还能够流动。
2．结束语
开发各种节能环保的可再生新能源是保证我国经济可持续发展的重要内容。地热是一种高效节能环保的能源，且我国幅员辽阔，蕴藏着十分丰富的地热资源。如何逐步提高地源热泵技术在我国建筑暖通中的应用将是我国建筑暖通节能发展的方向。进一步了解地源热泵技术有助于我们在建筑暖通中选择最合适的地源热泵技术，提高地热的利用效率，不断实现地源热泵技术的经济效益、社会效益和生态效益。
参考文献：
[1]魏燕鑫,左风云.浅论地源热泵技术在暖通空调节能中的运用[J].中华民居,2011,04: 14-16.
[2]孟华,龙惟定.地源热泵技术在暖通空调中的应用[J].节能与环保,2003,09:22-25.
论文作者:赵艳
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：热泵论文; 地下水论文; 地表水论文; 地热论文; 系统论文; 源热泵论文; 热源论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;