简论地源热泵技术的开发和利用

【摘 要】开发和利用地源热泵技术，既可以在冬季取暖，也可以在夏季制冷。它是利用地表水、地下低温水以及吸收太阳能和地热能等低品位热资源，采用热泵原理，输入少量高品位电能，实现低品位热能向高品位热能转换的取暖制冷体系，真正做到了节能减排，环保效应，显著。

【关键词】地源热泵；地下低温水；供热制冷；节能减排

每当我们谈起太阳能利用，就会想到地面上阳光普照，以及很多建筑物房顶上星星点点 散布着的太阳能接收板和太阳能热水器。其实，在我们脚底下的泥土中也有一个巨大的太阳能集热器。据有关专家测算，浅层地下的土壤（砂石）中和地下水收集了约47%的太阳辐射热能，约为人类每年消耗的能耗的500多倍，只是尚未被人们重视和开发利用而已。而努力推广使用地源热泵技术，就可以将浅层地下热能开发出来，作为我们冬季取暖、夏季制冷的新能源，真正做到节能减排，其环保效应相当显著。

1 地源热泵技术发展和利用概况

地源热泵最早开创于20世纪初，是一名瑞士科学家的一项发明专利。近年来，欧洲的地源热泵理与技术已高度发达，此类设备已在德、法、美、日等发达国家推广使用。在我国，地源热泵技术也已于20世纪50年代在上海、天津、黑龙江、福建等地推广使用。20世纪70年代初，广东丰顺县建立了我国第一座地热发电试验站，利用热泵将地下水升温至91摄氏度进行发电，装机容量为300Kw，自1984年4月投产至今，已正常运行了近31年。统计资料表明，沈阳已有138个建设项目采用了地源热泵技术供暖，总供热面积达373万平方米。北京市政府早已于2006年下发了热泵发展意见，由市政府投资补助热泵技术的推广应用。重庆也已经实施利用长江水为冷、热源，为全市约1.85亿平方米的建筑提供热能。

2 地源热泵技术原理及其设备

通常，一座新型环保节能地源热泵供热站的核心构件是水井、压缩机和换热器，它们配套使用，相当于一个地热吸收放大器。其中，水井，它的功能是通过抽水井吸取地下水，经地源热泵升温，给建筑物内的散热器供热后，仍由回水井返回地下。一般水井深度在50～100米，此间地下水温常年保持在10～12摄氏度，能给地源热泵系统提供稳定热源；压缩机是热泵系统的心脏，就像一个能量放大器，12摄氏度左右的地下水经压缩机升温后送进换热器；换热器是能量传输装置，经升温放大的热能使供暖系统里不断循环的水升温至45摄氏度，最高时可达85摄氏度左右，在压力作用下，整个系统能不断地从低温环境吸热，再向供热系统放热，如此循环往复；到了夏季，地源热泵之所以能起制冷作用，则是一个相反的过程：热泵从室内吸取热量，通过回水井将热量释放到地下水中去。

3 地源热泵供热制冷的优缺点及其经济效益

3.1 优点

1）高效节能：每消耗1千瓦电能，可产出4千瓦热功率，取暖用电是电锅炉耗电量的1/4，制冷用电量是分体式空调耗电量的1/2。

2）节能环保：以1000万平方米供暖面积计算，可替代标准煤37万吨，或轻柴油22万吨，或天然气12.6亿立方米。每个采暖季可减排烟气50亿立方米、颗粒物1.6万吨、二氧化碳94万吨、二氧化硫8800吨、氮氧化物6400吨。

3）一机多能：一套地源热泵系统可实现供暖、制冷和生活用热水三联供，节省建筑空间和降低造价。

4）运行过程稳定可靠：由于水体温度一年四季相对稳定，其波动范围远小于空气的变动，因此，是很好的热泵热源和制冷空调冷源，热泵机组运行更可靠、更稳定，确保了整个系统的高效性和经济性。

5）可实现分户计量：小型地源热泵每一台都可与用户电表连接，费用很容易计算，对于写字楼、公寓、商铺等公共场所非常适用；而大型的中央空调系统通常是公摊计算，无论空调是否开启，一样计算费用。

6）可分期投入使用：开发商不需要一次性购买所有的空调设备，只需将公共的管路系统及辅助设备配置好，后期的空调机组可根据具体情况分期投入空调设备，缓解了开发商的资金压力。

7）自控运行：地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高，使用寿命可达15年以上。

8）可同时制冷制热：系统中不同的功能区可以同时制冷或制热，大大提高了人体的舒适性，满足现代群体中的个性要求，如综合建筑内区发热大，通常冬季有时还要制冷，地源热泵系统很容易做到，而常规中央空调系统必须采用四管制的末端才可以满足要求。

3.2 缺点

1）地源热泵技术的节能和经济效益受到不同地区、不同用户及国家能源政策和燃料价格的影响，波动较大。

2）相对而言，其一次性资金投入较大，其运行费用因用户不同而有差异。

3）受当地地下水资源状况的制约。立项前应首先摸清当地水资源（地下水含量和水质等）状况，由地质专家经过验证，通过该地区《水资源论证》后方可进行地源热泵工程项目设计和施工。比如，如果经专家检测发现该地区地下水系统内贮水量不足、泥沙过多或过细，是不适宜采用地源热泵技术的。另外，回灌措施是否恰当，也是地源热泵技术设计的重点，应予以特别关注；当地源热泵机组采用地下水作为热源水时应采用封闭式系统，即经热泵升温并供建筑物内的散热器供热后的地下水，通过回水井返回地下时，这种回灌水不得对地下水资源造成污染，还要严格防止因过度抽取地下水而造成地面塌陷，因此，设计时应采取人工回灌技术，就是通过另设的一套净化水装置，把将要回灌的温水作净化处理，然后再通过回水井返回地下。

3.3 地源热泵供热制冷技术的经济效益

据有关部门对国内已投产的地源热泵供热站测算，与电、煤锅炉供热系统相比，锅炉供热只能将90%左右的电能或70%～90%煤的燃烧热能转化为热量供用户使用，而地源热泵要比电锅炉供热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2能量再加上地源热泵的能源（地下水）温度比较稳定，供热、制冷系数高，其运行费用仅为普通中央空调的50%～60%。

4 地源热泵供热制冷实例

新疆乌鲁木齐水磨沟区环卫清运队办公区原燃煤锅炉房，是一座始建于20世纪50年代的老式砖混结构锅炉房，建筑面积不足20平方米，几经大修，早已不能正常使用了。水磨沟区政府决定投资改造这个锅炉房，于2007年下半年大胆采用了地源热泵技术，两口井（抽水井和回水井）加一个机组（一台压缩机、一个换热器）就是这座供热站的全部设备。这个地源热泵供热站已正常运作至今，为该社区环卫清运队办公区正常供暖，供暖面积达3400平方米，供暖效果较理想。据“司炉工”刘师傅介绍说：“现在不用加煤、看温度表了，只需将注意力投入到一块与热泵相连的微电脑触摸控制屏上，开机、控温、停机，触摸几下就行了，比以前轻松多了。”据测算，往年该供热站一个采暖季的全部费用需14～15万元，如今按地源热泵的节能效果计算，一个采暖季只需电费和维护费（含人工工资）不到10万元，且人员可以从原先的6人缩减为2人，经济效益十分显著。

[责任编辑：侯天宇]

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