地源热泵技术与环保节能综述

论文关键词:热泵地源热泵地热空调

论文摘要:介绍了地源热泵的工作原理，并通过比较地源热泵与传统空调系统的运行费用，说明了地源热泵在运行费用方面具有较大优势。虽然地源热泵的应用受到一些制约因素的影响，但作为一项节能新技术，地源热泵必将拥有广阔的应用前景。

1、热泵及其节能环保原理

热泵是能有效节省能源、减少大气污染及co:排放的供热和空调新技术。热泵通过做功使热量从温度低的介质流向温度高的介质。空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初期投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。热泵可以通过直接燃烧燃料(石油、天然气)产生热量，并通过若干个传热环节最终为设备和建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下，一次能源利用率最高可达l00%。但是，燃烧燃料通常会产生1500~1800℃的高温，是高品位的热能，而建筑供热最终需要的是20~25℃的低品位的热能，这就是说直接燃烧燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电，然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能，适当提高温度再向设备和建筑供热，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供热的一次能源消耗。所以采用燃料发电再用热泵供热的方式，一次能源利用率可以达到200%以上。热泵利用的低温热源通常可以来自环境(大气、地表水和大地)或各种废热。应该指出，由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。

2、地源热泵供热技术特点

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，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是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40%~60%。另外，地源温度较恒定，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一制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

3、地源热泵的一些不足之处及部分解决方法

地源热泵系统在运行费用方面有明显优势，但同时也有一些不利因素，这些因素制约了地源热泵的快速普及。其中最主要的制约因素是初投资较大，地源热泵的初投资不仅包括传统空调系统所需的地面上管路和设备的投资，还包括埋地盘管投资、埋地盘管敷设投资以及购买敷设盘管所需土地的使用权或所有权的投资。初投资成为影响地源热泵在发展中国家推广的重要因素之一。另一个制约地源热泵普及的重要因素是技术不是十分完善。比如，由于各地的地质结构相差很大，造成埋地盘管与土壤间的换热系数也相差很大。这在设计埋地盘管长度时将产生问题:若埋地盘管设计过长，将会造成大量初投资浪费;若设计过短，不但满足不了设计工况要求，还可能造成设备损坏。除此之外，还有管路防冻液的选取，变工况运行等问题需解决。不过，地源热泵不足之处目前已得到部分解决。如混合型地源热泵系统即较好地解决了初投资高和埋地盘管长度设计困难等问题。由于在许多大型地源热泵的应用中，制冷所需的埋地盘管长度要远大于加热所需的盘管长度。在这种情况下，为降低初投资可用冷却塔代替一部分埋地盘管，即混合型地源热泵系统，冷却塔只在冷负荷大于埋地盘管所能提供的冷负荷时才投人运行，其作用与埋地盘管类似，只不过冷却塔是将室内的热量排到大气中去，而埋地盘管是排到大地中去。

4、地源热泵的前景展望

传统空调的运行费用远高于地源热泵系统，而电加热器则效率低且取暖面积十分有限。当前，我国经济高速增长，社会购买力大大增强，地源热泵的高初投资对其应用的影响将越来越小。随着科技的发展，地源热泵的技术将更加成熟而其使用成本将下降。因此，如果能采取恰当的营销策略，地源热泵必将拥有广阔的市场前景。