暖通工程師淺析地源熱泵供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

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1 地源熱泵系統(tǒng)的定義

地源熱泵系統(tǒng)是隨著全球性的能源危機(jī)和環(huán)境問題的出現(xiàn)而逐漸興起的一項(xiàng)熱泵技術(shù)，主要是運(yùn)用熱泵從淺層地能中(土壤、地下水或地表水)吸取大量的低溫位熱量(或冷量)，通過熱泵系統(tǒng)循環(huán)把吸取的熱量從低溫位提升到高溫位，為用戶提供冬季供暖、夏季制冷空調(diào)、全年熱水供應(yīng)或制冷空調(diào)和熱水聯(lián)供。它只需消耗少量的高品位能源(如電能)，就能獲得高于輸入能量數(shù)倍的熱能效果，它是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的溫控系統(tǒng)。屬于經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益顯著的社會公益技術(shù)。被稱為二十一世紀(jì)的“綠色空調(diào)技術(shù)”。

2 地源熱泵系統(tǒng)的一般形式

地源熱泵系統(tǒng)，由熱泵機(jī)組、淺層地?zé)崮軣峤粨Q器、空調(diào)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，有埋地管系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)三種形式。埋地管系統(tǒng)有垂直埋管、水平埋管和螺紋盤管等多種形式。(見圖1)。

3 地源熱泵供熱制冷系統(tǒng)適用范圍

3.1 地源熱泵系統(tǒng)可根據(jù)土壤和氣候的實(shí)際，由土壤換熱器(同時(shí)可靈活組合冷卻塔、太陽能集熱器)與熱泵機(jī)組、控制系統(tǒng)構(gòu)成集制冷、制熱水、采暖于一體的多功能系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷和制熱水冷熱聯(lián)供，空調(diào)供冷季節(jié)系統(tǒng)能效比達(dá)1：7以上;代替電熱鍋爐制熱水，節(jié)約能源費(fèi)用70%以上;代替燃油熱水鍋爐制熱水，節(jié)約能源費(fèi)用60%以上;與太陽能+電鍋爐制熱水相比，節(jié)約能源費(fèi)用30%以上;與空氣源熱泵制熱水相比，節(jié)約能源費(fèi)用30%以上;空調(diào)供暖節(jié)省能耗費(fèi)用40～60%(按油價(jià)格對比)。

3.3 適用于冬季室外最低氣溫高于-10℃地區(qū)的賓館、學(xué)校、居民小區(qū)、辦公大樓、度假村、桑拿浴場、部隊(duì)、醫(yī)院等場所的熱水供應(yīng)及冷暖空調(diào);溫控養(yǎng)殖、種植業(yè);各種中低溫烘干場合。

4 實(shí)際應(yīng)用情況

地源熱泵供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)在國外已推廣50多年，技術(shù)成熟，普及程度高，效果顯著，我國引進(jìn)已有20多年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)5000m2以上建筑應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)約3000項(xiàng)，總使用面積超過5000萬平方米。我區(qū)已有山東建筑大學(xué)研究生公寓、黃臺大酒店等30多個項(xiàng)目應(yīng)用這種技術(shù)，從這些項(xiàng)目的使用情況看，可節(jié)約電費(fèi)30%以上，效果十分明顯。

5 濟(jì)南地表水資源

山東夏季雨水充足，冬季干旱少雨，但濟(jì)南市地表水豐富;大多數(shù)城鎮(zhèn)地下水位較高，富水土壤比例大，為土壤源和地表水式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件，一般富水土壤換熱井20～30米，換熱效果就很明顯。部分地區(qū)10口垂直U型管土壤換熱井就可獲得約20千瓦的熱量(或冷量)，地源熱泵機(jī)組制熱水工況的能效比可達(dá)4.5以上。

泉水水域?qū)拸V，儲水量大，具有很好的地表水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用條件。間接利用南湖水作為中央空調(diào)的冷卻水，可提高換熱效率10%，減少空調(diào)機(jī)組能耗10%;同時(shí)，可減除冷卻塔抽風(fēng)的功率及冷卻塔的自來水補(bǔ)水消耗，其綜合節(jié)能效果可達(dá)25～30%。

6 相關(guān)法律法規(guī)政策

國家大力提倡和鼓勵可再生、可持續(xù)發(fā)展能源-地?zé)岬陌l(fā)展利用，相繼出臺了一系列法律法規(guī)和政策。

《中華人民共和國節(jié)約能源法》(中華人民共和國主席令第90號)第四條規(guī)定：“國家鼓勵開發(fā)利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地?zé)崮苷菍儆诳稍偕茉础?/p>

《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》(建設(shè)部令143號)第八條規(guī)定：“國家鼓勵發(fā)展太陽能、地?zé)岬瓤稍偕茉吹膽?yīng)用技術(shù)和設(shè)備”。

《建設(shè)事業(yè)“十一五”重點(diǎn)推廣技術(shù)領(lǐng)域》(建科[2006]315號)精神，大力推廣可再生能源與新能源應(yīng)用技術(shù)，淺層地能應(yīng)用技術(shù)是重點(diǎn)推廣應(yīng)用可再生能源利用技術(shù)之一。

建設(shè)部關(guān)于貫徹《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》的實(shí)施意見(建科[2006]231號)指出“到‘十一五’期末，太陽能、淺層地能等可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例達(dá)25%以上。”

夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ134―2001，J116―2001)第6.0.7條：具備有地面水資源(如江河、湖水等)，有適合水資源熱泵運(yùn)行溫度的廢水等水源條件時(shí)，居住建筑采暖、空調(diào)設(shè)備宜采用水源熱泵。”

7 經(jīng)濟(jì)社會效益

地源熱泵系統(tǒng)與電加熱產(chǎn)熱水相比，大概1萬人每年就可節(jié)約300萬度電，按山東的平均民用電價(jià)，可節(jié)約200萬元左右。一次性投入，收益幾十年，每戶投入相當(dāng)于一個中等價(jià)格的太陽能熱水器，全年耗電比太陽能+電加熱的熱水器節(jié)電30%以上。

地表水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過提高換熱效率、減少空調(diào)機(jī)組能耗、省掉冷卻塔消耗功率及自來水補(bǔ)水消耗等其綜合節(jié)能效果可達(dá)25～30%，通常2年左右可收回節(jié)能改造的投資。

如從2007年起，實(shí)現(xiàn)每年25萬人采用地源熱泵熱水系統(tǒng)和每年實(shí)現(xiàn)地源熱泵冷暖中央空調(diào)應(yīng)用面積50萬m2，到2010年累計(jì)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約5600噸，減少CO2排量約1.42萬噸。利用淺層地?zé)崮?，對替代常?guī)商品能源，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

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