2018暖通工程師《基礎(chǔ)知識(shí)》：地源熱泵

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　　國(guó)內(nèi)外地源熱泵的發(fā)展歷史及前景

　　在中國(guó)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，南方以水冷機(jī)組解決夏季制冷問(wèn)題，中、北方以燃煤鍋爐解決冬季取暖問(wèn)題。20世紀(jì)80年代以后，出現(xiàn)了溴化鋰機(jī)組、風(fēng)冷機(jī)組，90年代以后，從原有的煤、石油取暖過(guò)渡到以天然氣及電等清潔能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問(wèn)題，可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，且采暖造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用皆較高，因此必須尋找可以再生的能源，從而提出了地源熱泵空調(diào)新技術(shù)。

　　在國(guó)外，地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當(dāng)迅速。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45000臺(tái)，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中新建筑中占30%。

　　與美國(guó)有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤(pán)管(埋深小于400m深)的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

　　安全省地方面

　　熱泵系統(tǒng)在冬季供熱時(shí)省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒(méi)有燃燒過(guò)程，無(wú)燃燒設(shè)備，避免了有害煙塵和有害物質(zhì)的排放，從而不存在爆炸、燃燒的隱患。熱泵機(jī)組運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定，幾乎不受天氣及環(huán)境溫度變化的影響，符合環(huán)保理念。

　　與燃?xì)夂腿加湾仩t系統(tǒng)相比，省去了儲(chǔ)油設(shè)備和燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)，若是燃煤鍋爐系統(tǒng)則可以省去鍋爐房及與之配套的煤場(chǎng)和渣場(chǎng)，而夏季制冷時(shí)則可以省去冷卻塔所占面積，大大減少了機(jī)房的占地面積，節(jié)約了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象，提高了建筑物的使用率。

　　高效節(jié)能方面

　　地溫一年四季基本穩(wěn)定，使得熱泵無(wú)論在制冷或制熱工況中均處于高效率。冬季，投入1kw電能，可以得到4kw左右的熱能;夏季，投入1kw的電能，可以得到5kw以上的冷量。系統(tǒng)的高效率，壓縮機(jī)的低能耗，使運(yùn)行費(fèi)用大幅減少，只有傳統(tǒng)方式的2/3。

　　熱泵系統(tǒng)之所以節(jié)能，很重要的一點(diǎn)就是換熱器位置的設(shè)置，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)中，不管是水冷或風(fēng)冷，其換熱器對(duì)建筑立面造型均起一定的破壞作用。水冷換熱器須配置冷卻塔，且必須置于大氣中，風(fēng)冷機(jī)組也一樣，都要暴露于建筑物之上的大氣之中，這難免要對(duì)建筑立面造型造成不好的影響。風(fēng)冷換熱器和水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣，和大氣換熱不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響。在夏季，當(dāng)室外溫度達(dá)到40 ℃時(shí)，由于換熱效率的降低，主機(jī)的制冷量將下降20 %～40 %;在冬季，當(dāng)室外溫度下降到- 10 ℃時(shí)，供熱量將下降到15 %～30 % ，而且要反復(fù)地沖霜來(lái)保證機(jī)組的正常運(yùn)行。而對(duì)于地源熱泵機(jī)組來(lái)講，換熱過(guò)程是和大地來(lái)完成的，換熱對(duì)象是1.5 m以下的地層，其初始溫度大約等于年平均氣溫，一般在14～16 ℃左右，基本不受外界環(huán)境的影響。

　　環(huán)境保護(hù)方面

　　眾所周知，普通空調(diào)對(duì)環(huán)境的影響是不言而喻的，它不僅對(duì)大氣臭氧層造成嚴(yán)重破壞。夏季，風(fēng)冷機(jī)組將廢熱排入大氣，使室外溫度升高，還將水蒸氣帶入大氣中;冬季，風(fēng)冷機(jī)組吸收大氣環(huán)境中的熱量，導(dǎo)致惡劣的大氣環(huán)境更加惡劣。因此，要保證空調(diào)運(yùn)行對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何影響，必須要改變換熱對(duì)象，即不與大氣換熱，而變成與大地?fù)Q熱。在換熱過(guò)程中，地下?lián)Q熱器在夏季將多余的熱量排到大地中，在冬季又將熱量取回，以達(dá)到冬夏取散熱量平衡，達(dá)到制冷和供暖的目的。

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