地源热泵与环境可持续发展.doc

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1、地源热泵与环境可持续发展摘要：由于地源热泵系统具有经济、节能、环保等多方面的优势，弥补了中国传统的供暖、空调方式存在的问题，符合中国环境保护与能源节约的政策，所以地源热泵系统在中国具有良好的市场前景，更关系到我国环境的可持续发展。关键词：地源热泵 环保 可持续发展随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高，建筑物在采暖、空调、生活热水方面的能量需求越来越大，成为一般民用建筑物用能的主要部分。而传统的空调供热方式因其产生大量的环境污染和能源的浪费正面临着严峻的挑战。生态环境的恶化，资源的衰竭，迫使人们找寻一种绿色节能的空调供热方式。此时，地源热泵这一有这近百年历史的并不新的新技术因其在环境保护和能

2、源节约方面的显著效果而被业界看好，作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，已经引起了国内建设机构设计单位、房地产商和生产厂商以及公众的广泛兴趣，“地源热泵”作为一个新兴的名词，越来越广泛的被人们谈及。不少城市纷纷试点地源热泵项目，以求高效制冷或供暖。地源热泵系统是一种节能且环保的新型空调系统，是一种利用浅层地下水能量来供热/制冷的高效节能空调系统，因此，地源热泵系统是一种绿色利用资源与能源的方式。它对地下水环境的影响程度既关系到地源热泵系统建设的可行性，又关系到区域地下水资源的开发利用和保护。由于地源热泵系统具有经济、节能、环保等多方面的优势，弥补了中国传统的供暖空调方式存在的问题，符

3、合中国环境保护与能源节约的政策，所以地源热泵系统在中国具有良好的市场前景，更关系到我国环境的可持续发展。一、地源热泵技术的市场前景和推广地源热泵技术是利用地球表层的土壤（岩石）和水体（地下水、海洋、河流和湖泊等）吸收太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。在中央空调系统中热泵机组可以实现一机三用的功能，即冬季以冷凝器放出热量来供热采热，夏季以蒸发器吸收热量来制冷，四季可以通过冷凝器真个热量制备生活热水，并且夏季以制冷为目的时制备热水可以认为是免费的。地源热泵中央空调机组，是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，是

4、以土壤为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在土壤和室内之间“转移”能量。利用较小的电力来维持室内所需要的温度。在冬天，将土壤中的热量送入室内。在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤中，降低室内空气温度，而土壤获得的能量将在冬季得到利用。如此周而复始，是以最小的代价获取了最舒适的生活环境。土壤源热泵换热器有多种形式，如水平埋管、竖直埋管等。这两种埋管型式各有自身的特点和应用环境。在中国采用竖直埋管更显示出其优越性：节约用地面积，换热性能好，可安装在建筑物基础、道路、绿地、广场、操场等下面而不影响上部的使用功能，甚至可在建筑物桩基中设置埋管，见缝插针充分利用可利用的土地面积。

5、地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑，省去了锅炉房，避免危险源，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约4060%，节能50%左右。另外，地源温度恒定的特性，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，保证了系统的高效性和经济性。现以某工程为例，将两种方案夏季和冬季运行能耗测试数据作一比较。该工程为两层单体办公建筑，总建筑面积约1000m2。室外气象参数：夏季空

6、调室外计算干球温度为33.4，夏季空调室外计算湿球温度为26.9，冬季供暖室外计算温度为-9，夏季室内设计温度为27，冬季室内设计温度为21。建筑总冷负荷为105.5kW，总热负荷为70kW。 方案1：空气源热泵空调系统。采用2台YCAC75（H）空气源热泵机组，总制冷量为126kW，总制热量为134kW，制冷工况下输入功率为46kW，制热工况下输入功率为47.5kW。共选用24台风机盘管作为末端设备，总功率为2.72kW。采用电加热水箱作为空气源热泵系统冬季的辅助热源，补偿加热量按系统热负荷50%考虑，取35kW。 方案2：水环热泵空调系统。采用23台SHR系列单元式水环热泵机组，总制冷量为

7、105.5kW，总制热量为120.8kW，制冷工况下输入功率为23.5kW，制热工况下输入功率为25.2kW。采用电加热水箱作为水环热泵空调系统冬季辅助热源，补偿加热量按系统热负荷70%考虑，取50kW。在5种负荷率100%、80%、60%、40%、20%下，对两种方案夏冬季的运行能耗进行测试。两种方案夏、冬季运行能耗的测试数据分别见表1、2。运行能耗对比结论： 水环热泵空调系统的节能性与长期运行工况的负荷率有着密切关系，特别是在冬季。 水环热泵空调系统运行能耗要低于空气源热泵空调系统。 水环热泵空调系统相比空气源热泵空调系统，无论系统造价还是年运行费用都低，说明前者更具经济性，有更大工程应用

8、价值。二、对几种地源热泵系统在工程应用中的评述由于全世界范围内比以往更加关注能源、环境与可持续发展的问题，对于中国由于以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，要实现经济的可持续发展，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，必须加大节能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空调的地源热泵系统是很好的一个选择；另一方面是地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经非常成熟，而且经过多年的示范与实践，确认了地源热泵系统的很多优点：节约能源、舒适、安全、性能稳定、清洁、使用灵活等。 1）直接利用地下井水的地源热泵系统：其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量

9、丰富；符合标准。2）地下埋管的地源热泵系统：对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。3）地表水式热泵：其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。4）锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地下埋管

10、换热系统的建筑，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。三、地源空调系统实现我国环境的可持续发展近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。适应这一要求，作为空调冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术，正受到人们的日益重视和关注。热泵技术的应用和推广，需要综合考虑土壤冷热平衡问题、地区地质状况，同时适应能源结构调整和环境保护的需要，以保障我国环境的可持续发展。建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正

11、面临着严峻的挑战。对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果。天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小，空调机的运转效率就越低，设备也越费电。也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。另一方面，我国大部分地区冬冷夏热，夏天大量地使用风冷空调，造成某些大城市供电紧张，形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现，有些城市夏天限制用电量。另外，因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张。地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4

12、左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应，对环境非常友好。随着21世纪的到来，我国对建筑节能的要求越来越高。减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务。特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源。随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满足冬季采暖的要求，而且需要夏季空调降温，地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。因此，从宏观方面来讲，地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统，符合中国环境保护与能源节约的政策。随着地源热泵系统在中国的广泛使用和地源热泵技术的不断完善，将更加保证我国环境的可持续发展。5