土壤源熱泵特性分析及在天津地區(qū)的應(yīng)用

　　【中國(guó)制冷網(wǎng)】摘要：針對(duì)我國(guó)能量利用現(xiàn)狀和建設(shè)綠色建筑的需求，本文著重介紹了土壤源熱泵優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍，并針對(duì)天津地區(qū)的現(xiàn)狀和開(kāi)發(fā)背景，提出了在天津地區(qū)發(fā)展土壤源熱泵項(xiàng)目時(shí)特有的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)該注重的問(wèn)題。

    關(guān)鍵詞：土壤源熱泵適用范圍天津地區(qū)

    Abstract：Aimingattheactualityofenergyusinginourcountryandtherequestofgreenbuilding，thispaperintroducetheadvantageanddisadvantageofGeothermalHeatPumpanditsusingareas.WiththebackgroundofTianjinarea，wepointouttheadvantagesofTianjinareainthedevelopmentofGeothermalHeatPumpandsomepresentissues

    Keywords：GeothermalHeatPumpusingareaTianjinarea

    1引言

    當(dāng)今世界，環(huán)境污染和能源危機(jī)成為威脅人類生存的頭等大事。隨著人類生活水平的提高，中心空調(diào)的能耗占整個(gè)世界能源消耗的比例不斷增加，而中心空調(diào)的能耗中絕大部分是消耗在冷熱源上。因此，國(guó)內(nèi)外廣大專業(yè)人士一直努力尋求高效節(jié)能且環(huán)保的空調(diào)冷熱源，建筑綠色建筑。

    對(duì)于綠色建筑應(yīng)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    1、建筑與自然的共生：即要求保持環(huán)境、利用環(huán)境、防御自然災(zāi)難。保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)并減少CO，及其他大氣污染物的排放，保持建筑周邊環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的平衡；充分利用太陽(yáng)能、地?zé)崮苓M(jìn)行供暖、供熱、采光以及通風(fēng)，充分考慮綠化配置，軟化人工建筑環(huán)境；考慮建筑物的朝向等。

    2、應(yīng)用減輕環(huán)境負(fù)荷的建筑節(jié)能技術(shù)：即降低能耗、延長(zhǎng)使用壽命、使用環(huán)保的材料，注重能源的再利用、使用耐久性強(qiáng)的建筑材料及可循環(huán)再生材料的利用。

    3、循環(huán)再生型的建筑生涯。循環(huán)利用始終貫穿到整個(gè)建筑生涯。

    4、創(chuàng)造健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。包括健康持久的生活環(huán)境，優(yōu)良的空氣質(zhì)量等。

    5、使建筑融人歷史與地域的人文環(huán)境。即繼續(xù)地方傳統(tǒng)的施工工藝，繼續(xù)和保護(hù)城市與地域的景觀特色，保持城市的恒久魅力和活力。

    土壤源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層的熱資源，通過(guò)輸入少量的高位能，將低溫位能向高溫位能轉(zhuǎn)移，以實(shí)現(xiàn)既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的綠色空調(diào)系統(tǒng)。

    在建筑綠色建筑的過(guò)程中，土壤源熱泵是一種可以廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)形式。

    2土壤源熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)及分類

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    2.1土壤源熱泵的優(yōu)點(diǎn)

    土壤源熱泵利用土壤一年四季溫度穩(wěn)定的特點(diǎn)，冬季把土壤能作為熱泵供暖的熱源，即把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來(lái)供給室內(nèi)采暖，夏季把土壤能作為空調(diào)的冷源，即把室內(nèi)的熱能取出來(lái)釋放到底于環(huán)境溫度的土壤中。通常土壤源熱泵消耗1KW的熱量，用戶可以得到4KW左右的熱量或冷量，從而達(dá)到節(jié)能的目的，而且在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的功效。土壤源熱泵的工作原理如圖1所示：

    該系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

    1、資源可再生利用，土壤源熱泵技術(shù)利用地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，而地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47%的太陽(yáng)能，相當(dāng)于人類每年利用能量的500多倍，且不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。這是儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，也是清潔能源。與地面上環(huán)境空氣相比，地面5m以下土壤溫度全年基本穩(wěn)定且略低于年平均氣溫，可以分別在夏冬季提供相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。所以從熱力學(xué)原理上講，土壤是一種比環(huán)境空氣更好的熱泵系統(tǒng)的冷熱源。而且土壤源熱泵系統(tǒng)不會(huì)把熱量、水蒸氣及細(xì)菌等排人大氣環(huán)境，符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。通常土壤源熱泵消耗lKW的能量，用戶可以得到4KW以上的熱量或冷量，這多出來(lái)的能量就是來(lái)自土壤的能源。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國(guó)環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的土壤源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶30％～40％的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。高效的土壤源熱泵機(jī)組，平均產(chǎn)生1冷噸的冷量?jī)H需0.88kW的電力消耗，其耗電量?jī)H為普通冷水機(jī)組加鍋爐系統(tǒng)的3O％～60％；

    2、投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，其一次性投資可節(jié)省15%~25%，每年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約40%左右。采用土壤源熱泵系統(tǒng)，由于土壤的溫度理，土壤源熱泵可以比風(fēng)冷熱泵具有更高的效率和更好的可靠性，其熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為l0-25℃。而且土壤源熱泵系統(tǒng)可用于供暖、空調(diào)，還可提供生活熱水，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐、空調(diào)制冷裝置或系統(tǒng)，一機(jī)多用；不僅適用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的供熱和空調(diào)。此外，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，均在20年左右；機(jī)組緊湊、節(jié)省空間：維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)化控制程度高，可無(wú)人值守。土壤源熱泵中的熱源不是指地?zé)崽镏械臒釟饣驘崴?，而是指一般的常溫土壤，所以?duì)地下熱源沒(méi)有非凡要求，可在中國(guó)絕大部分地區(qū)應(yīng)用。

    土壤源熱泵系統(tǒng)的COP值一般在3~6左右，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40％左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中心空50％~60％。

    3、占地面積少，機(jī)房占地面積小，節(jié)省空間，可設(shè)在地下；

    4、綠色環(huán)保，土壤源熱泵系統(tǒng)利用地球表面淺層地?zé)豳Y源，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙及廢棄物，情節(jié)環(huán)保，無(wú)任何污染，土壤源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上，假如結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％的充灌量；土壤源熱泵系統(tǒng)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，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，安裝在綠地、停車場(chǎng)下，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。土壤源熱泵系統(tǒng)沒(méi)有冷卻塔和其它室外設(shè)備，沒(méi)有中心空調(diào)集中占地問(wèn)題，節(jié)省了空間和地皮，為開(kāi)發(fā)商帶來(lái)額外利潤(rùn)，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象；

    5、自動(dòng)化程度高，機(jī)組內(nèi)部及機(jī)組與系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，可根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求控制機(jī)組啟停，達(dá)到z*佳節(jié)能效果，同時(shí)節(jié)省了人力物力；

    可自主調(diào)節(jié)機(jī)組，能夠任意調(diào)機(jī)，投資者可按需要調(diào)整供給時(shí)間及溫度，完全自主；

    一機(jī)多用，即可供暖，又可制冷，在制冷時(shí)產(chǎn)生的余熱還可提供生活生產(chǎn)熱水或?yàn)橛斡境丶訜?，z*大限度的利用了能源。

    2.2土壤源熱泵的缺點(diǎn)

    1、埋地?fù)Q熱器受土壤性能影響較大，土壤的熱工性能、能量平衡、土壤中的傳熱與傳濕對(duì)傳熱有較大影響；

    2、連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度受土壤溫度的變化發(fā)生波動(dòng)；

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