摘要：本文利用熱泵供熱比鍋爐直接燃燒供熱節(jié)能的原理，對主要的熱泵供熱形式，特別是地源熱泵的技術(shù)特征、適用范圍和經(jīng)濟性作了較詳細的介紹。
　　關(guān)鍵詞：熱泵，建筑環(huán)境，節(jié)能
　　1、熱泵與建筑供熱空調(diào)
　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)已成為普遍的需求。在發(fā)達國家中，供熱和空調(diào)的能耗可占到社會總能耗的25%左右。我國的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物，包括大量SO2,NOX等有害氣體以及CO2等溫室效應(yīng)氣體。大量燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的環(huán)境問題已日益成為各國政府和公眾關(guān)注的焦點。我國的供熱已經(jīng)歷了一家一戶的小煤爐到燃煤鍋爐的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在又進一步禁止在城鎮(zhèn)建設(shè)中小型燃煤鍋爐房，體現(xiàn)了政府對保護大氣環(huán)境的高度重視。因此，除了集中供熱的型式以外，急需發(fā)展其他的替代供熱方式。熱泵就是能有效節(jié)省能源、減少大氣污染和CO2排放的供熱和空調(diào)新技術(shù)。
　　地源熱泵用地熱換熱器作為低溫熱源環(huán)路，不需要冷卻塔和室外熱交換裝置；用制冷機組（熱泵）取代了鍋爐。因此對于建筑師來說，地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)還有一個重要的優(yōu)點，就是去除了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所需的鍋爐房和冷卻塔。這些設(shè)施對建筑空間的需求和限制，往往成為建筑師的難題。而地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)沒有室外設(shè)施，對建筑物的外觀無影響。因此這一技術(shù)特別適用于景觀性建筑、古建筑以及難以設(shè)置冷卻塔的空調(diào)項目，有利于保護這些建筑的立面及周邊環(huán)境不被破壞，解決無處設(shè)置冷卻塔或鍋爐房的問題。
　　2、空調(diào)熱泵的分類及技術(shù)分析
　　以建筑物的空調(diào)（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統(tǒng)有許多種，例如有利用建筑通風系統(tǒng)的熱量（冷量）的熱回收型熱泵和應(yīng)用于大型建筑內(nèi)部不同分區(qū)之間的水環(huán)熱泵系統(tǒng)等。本文主要討論利用周圍環(huán)境作為空調(diào)冷熱源的熱泵系統(tǒng)。就其性質(zhì)來分，國外的文獻通常把它們分為空氣源熱泵(airsourceheatpump,ASHP)和地源熱泵（groundsourceheatpump,GSHP）兩大類。地源熱泵又可進一步分為地表水熱泵(surface-waterheatpump，SWHP)、地下水熱泵(groundwaterheatpump,GWHP)和地下耦合熱泵(ground-coupledheatpump,GCHP)。我國對熱泵系統(tǒng)的術(shù)語尚未形成規(guī)范的用法。例如對地下水熱泵系統(tǒng)有“地溫空調(diào)”的商業(yè)名；而地下耦合熱泵則在一些文獻中稱為“土壤源熱泵”，或直接稱為“地源熱泵”。
　　2.1空氣源熱泵
　　空氣源熱泵以室外空氣為一個熱源。在供熱工況下將室外空氣作為低溫熱源，從室外空氣中吸收熱量，經(jīng)熱泵提高溫度送入室內(nèi)供暖；其性能系數(shù)（COP）一般在2～3。空氣源熱泵系統(tǒng)簡單，初投資較低。空氣源（風冷）熱泵目前的產(chǎn)品主要是家用熱泵空調(diào)器、商用單元式熱泵空調(diào)機組和風冷熱泵冷熱水機組。
　　2.2地源熱泵
　　另一種熱泵利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源，可以稱之為“地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率大大提高。進一步提高了空調(diào)系統(tǒng)全年的能源利用效率。
　　2.2.1地下水熱泵
　　地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經(jīng)過換熱的地下水可以排入地表水系統(tǒng)，但對于較大的應(yīng)用項目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。水質(zhì)良好的地下水可直接進入熱泵換熱，這樣的系統(tǒng)稱為開式環(huán)路。實際工程中更多采用閉式環(huán)路的熱泵循環(huán)水系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環(huán)水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質(zhì)對熱泵的影響。最近幾年地下水源熱泵系統(tǒng)在我國得到了迅速發(fā)展。
　　2.2.2地表水熱泵
　　地表水熱泵系統(tǒng)的一個熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大體量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源是值得考慮的一種空調(diào)熱泵的型式。由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，當環(huán)境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會降低。一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因數(shù)有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進行計算。
　　2.2.3地下耦合熱泵
　　地下耦合熱泵系統(tǒng)是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的地源熱泵系統(tǒng)。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng)，或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。我國的研究人員和工程技術(shù)人員近年來在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上在地熱換熱器的設(shè)計理論方面進行了不懈的努力，山東建筑工程學(xué)院已于2001年建成閉路地源熱泵示范工程并投入實際使用，為在我國推廣應(yīng)用這一新技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗。
　　3、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析
　　地源熱泵系統(tǒng)可實現(xiàn)對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。如上所述，地源熱泵系統(tǒng)的另一個顯著的特點是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高約40％-60％。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，整個系統(tǒng)的維護費用也較鍋爐－制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。
　　迄今為止制約地下耦合熱泵系統(tǒng)在我國應(yīng)用的障礙主要是在地下埋管的初投資較高，以及政府、建筑設(shè)計人員和公眾對這一技術(shù)缺乏了解。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性取決于多種因素。不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件，不同能源結(jié)構(gòu)及價格等都將直接影響到其經(jīng)濟性。
　　4、結(jié)束語
　　在建筑供熱空調(diào)中采用熱泵技術(shù)可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應(yīng)氣體CO2和其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術(shù)。隨著改革開放以來我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)和供熱已成為普通百姓的需求，并逐漸向農(nóng)村和南方擴展，市場前景很好。通過政府部門、科研機構(gòu)和工程技術(shù)人員的共同努力，借鑒國外的成功經(jīng)驗，我國的地源熱泵應(yīng)用將得到較快的推廣和發(fā)展。

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