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地源熱泵技術(shù)與應(yīng)用
? ? ?隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的建筑業(yè)也獲得了前所未有的大發(fā)展?，F(xiàn)在一年建成的房屋建筑面積，比所有發(fā)達(dá)國家一年建成的房屋建筑面積的總和還要高。
一般地說，地源熱泵技術(shù)利用普遍存在于地下巖土層中可再生的所謂淺層地?zé)崮芑虻乇頍崮?，即土壤、巖石、地下水、地面水（包括污水、工業(yè)廢水、河流湖泊、海水）中蘊(yùn)含的低品位熱能，通過消耗少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)了更多熱量從溫度低的介質(zhì)到溫度高的介質(zhì)的轉(zhuǎn)移，可以滿足用戶冬季采暖、夏季制冷空調(diào)、全年生活熱水以及其他供熱、制冷需求。
1 土壤垂直埋管式系統(tǒng)
改系統(tǒng)也稱地下耦合熱泵系統(tǒng)，通過中間介質(zhì)（通常為水或加入防凍劑的水）作為載體，通過載體在土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與大地土壤之間熱交換目的，為制冷機(jī)組提供冷熱源。
2 地下水源熱泵系統(tǒng)
該系統(tǒng)即通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。通過建造抽水井，將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機(jī)組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群回灌入地下，只進(jìn)行熱交換，不消耗水資源。
3 地表水源熱泵
通過直接抽取或間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水作為熱泵冷熱源。該方式又分為開式循環(huán)系統(tǒng)或閉式系統(tǒng)。開式為直接抽取地表水換熱，提取其中熱量，不污染水源。閉式即通常所說的地下埋管，通過熱載體在埋于水下的閉式環(huán)路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到和地表水之間的熱交換，從而為熱泵機(jī)組提供冷熱源。
4 單井換熱熱井系統(tǒng)
即單管型垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)，在國外稱為熱井。其特點(diǎn)是在地下水位以上用鋼套作為護(hù)套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設(shè)施。熱泵機(jī)組出水直接在孔洞上部進(jìn)入，其中一部分在地下水位以下進(jìn)入巖石層換熱，其余部分在邊壁處與巖石換熱。換熱后的水體在孔洞底部通過埋在底部的回水管抽出，為熱泵機(jī)組供水。改方式主要應(yīng)用于巖石地層。
地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400m深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中.吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，是人類每年利用能量的500多倍。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源的一種形式、地源熱泵能夠充分利用可再生能源，是一種可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。
傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)無論是水冷還是風(fēng)冷，由于它的換熱器必須置于暴露的空氣中，因此會(huì)對(duì)建筑造型造成不好的影響，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，且遠(yuǎn)離主建筑物，故不會(huì)對(duì)其造型產(chǎn)生影響。
風(fēng)冷換熱器與水冷換熱器的換熱環(huán)境均為大氣，故不可避免地受到環(huán)境條件變化的影響，會(huì)明顯降低換熱效率；而地源熱泵換熱器是和大地?fù)Q熱，大地初始溫度大約等于年平均溫度，基本不受外界環(huán)境的影響。
普通空調(diào)對(duì)環(huán)境的影響是很嚴(yán)重的，由于夏季將廢熱排入大氣，冬季吸收大氣中的熱量而使大氣、住宅周圍的環(huán)境更加惡劣；而地源熱泵可以利用大地的蓄熱能力，把夏季多余的排入大地的熱能在冬季取用，把冬季多余的冷能在夏季取用，以達(dá)到冬夏兩季室內(nèi)的供暖供冷。雖然也使用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量，屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏幾率大為減少。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的冷卻塔或室外機(jī)有噪聲擾民，而地源熱泵沒有此噪音。該裝置的運(yùn)行幾乎沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
地源熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)方式的初投資及運(yùn)行費(fèi)用指標(biāo)的對(duì)比：
1、在初始投資方面。熱源熱泵系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷劑兩套裝置或系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，省去了鍋爐房和冷卻塔，減少初投資。地源熱泵的鉆井費(fèi)昂貴，但從總體初投資來看，地源熱泵系統(tǒng)的初投資比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)高。
2、在運(yùn)行費(fèi)用方面。地源熱泵使用電能大大提高了一次能源的利用率。通常通過直接燃燒礦物燃料（煤、石油、天然氣）產(chǎn)生熱量，并通過若干個(gè)傳熱環(huán)節(jié)最終為建筑供熱，鍋爐及供熱管線的熱損失比較大，一次能源利用率比較低。如果先利用燃燒燃料產(chǎn)生的高溫?zé)崮馨l(fā)電，然后利用電能驅(qū)動(dòng)熱泵從周圍環(huán)境吸收低品位的熱能，適當(dāng)?shù)奶岣邷囟仍傧蚪ㄖ幔涂梢猿浞掷萌剂现械母咂肺粺崮?，大大降低供熱的一次能源消耗。供熱用熱泵的性能系?shù)，即供熱量與消耗的電能之比可達(dá)3～4。天然氣、輕柴油價(jià)格比電貴，再加上利用率低，致使傳統(tǒng)空調(diào)的燃料費(fèi)比地源熱泵系統(tǒng)高。地源熱泵系統(tǒng)不需要冷卻塔，故冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用可省去。地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用要比傳統(tǒng)的空調(diào)低。
3、綜合計(jì)算每年初投資與運(yùn)行費(fèi)之和，可以計(jì)算出地源熱泵系統(tǒng)較其它常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)。普通空調(diào)壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強(qiáng)度惰性材料，埋地壽命至少20年。因此，從使用壽命和運(yùn)行費(fèi)來考慮，地源熱泵經(jīng)濟(jì)性是高于傳統(tǒng)空調(diào)的。
地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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(jià)格等將直接影響到其經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，由于地源熱泵運(yùn)行費(fèi)用低，增加的初投資可在3年～7年內(nèi)收回。地源熱泵系統(tǒng)在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)的平均費(fèi)用將低于傳統(tǒng)的空調(diào)。
當(dāng)然，地源熱泵也不是十全十美的，如其應(yīng)用會(huì)受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價(jià)格的影響；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會(huì)受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約。