地源热泵技术的研究与应用现状

地源热泵技术的研究与应用现状摘要：本文对地源热泵系统的应用背景、技术原理以及应用特点进行了简要的介绍，叙述了由于地源热泵系统长期运行引起地下吸排热不平衡，导致地下土壤冷热堆积，土壤温度分布发生变化，不仅会引起系统性能下降，且因土壤温度持续变化还会对土壤本身物性参数及大地热流产生影响，由此还能引起土壤中微生物环境，植物生存环境的变化，进而影响到整个生态环境；指出在地表水源热泵运行中,会因设计不当导致地表水温的升高而造成热污染危害破坏地表水体的生态环境，在推广地源热泵过程中应注意的问题及采取的措施。关键词:地源热泵水源热泵土壤源热泵热污染1前言目前由于能源消耗的急剧增加,热泵作为一种通过消耗少量高品位能源,把热量由低温级上升到高温级的特殊装置而受到了人们的青睐。地源热泵（Ground-SourceHeatPump）是一种利用地下浅层低温地热资源(常温土壤或地下水)的既可供热又可制冷的高效节能热泵系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低品位热能向高品位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源，同时蓄存冷量，以备夏用；而在夏季作为。冷源，同时蓄存热量，以备冬用。2正文2.1地源热泵系统的工作原理1.2.1制冷原理在制冷状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,使其进行汽—液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝,由水路循环将冷媒所携带的热量吸收,最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中,通过冷媒—空气热交换器,以13℃以下的冷风形式向室内供冷。1.2.2制热原理在制热状态下,地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功,并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量,通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发,将水路循环中的热量吸收至冷媒中,在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝,由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中,以35℃以上热风的形式向室内供暖。2.2地源热泵的分类及其各自特点2.2.1土壤源热泵分为水平地埋管地源热泵系统和垂直地埋管地源热泵系统。这一闭式系统方式,通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体,使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动,从而实现与大地土壤进行热交换的目的。对于垂直式埋管系统,其优点有:较小的土地占用,管路及水泵用电少,其缺点是钻井费用较高;对于水平式埋管系统,其优点有:安装费用比垂直式埋管系统低,应用广泛,使用者易于掌握;其缺点有:占地面积大,受地面温度影响大,水泵耗电量大。2.2.2地下水热泵系统地下水热泵系统,也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出,通过二次换热或直接送至水源热泵机组,经提取热量或释放热量后,由回灌井群灌回地下。其最大优点是非常经济,占地面积小,但要注意必须符合下列条件:水质良好;水量丰富;回灌可靠;符合标准。其劣势在于：①有些地方法规禁止抽取或回灌地下水；②可供的地下水有限；③如水质不好或打井不合格要注意水处理问题；④如泵选择过大、控制不良或水井与建筑偏远，泵能耗就会过大。2.2.3地表水热泵系统地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。总的来说，地表水热泵系统具有造价低、泵能耗低、维修率低以及运行费用少等优点。但是，在公用河水中的设备容易受到损害。另外，如果湖泊过小或过浅，湖泊的温度会随着室外气候发生较大的变化，就会使效率降低，制冷或供热能力下降。2.3应用中存在的热污染隐患当地埋管地源热泵系统冬夏兼用时，在北方地区建筑热负荷大于冷负荷，所以，系统冬天从土壤中提取的热量比夏季向土壤中排放的热量大，而南方地区则相反，于是就会造成土壤得失热量的不平衡，多余的冷量(热量)就会在地下累积，长期如此，就会引起地下土壤温度的年均变化，尤其是在地埋管管群集中的中心区域。这种温度的变化不仅会影响系统的换热性能，还改变了原生态土壤的温度分布，破坏了生态环境。地下水的回灌从技术上和实施上都一直存在问题,地表水水源热泵可以减轻夏季空调系统向空气排热造成的城市热岛效应,却带来了自然水体的升温。近年来频发的海水赤潮、湖泊蓝藻暴发性增长、水生生物多样性减少等水体自然危害多与水体温升有关。2.4热污染隐患解决办法为了解决土壤热平衡问题，在项目工程实施之前，必须做好环境影响评价，地质勘探等工作，其次，在设计阶段冷热负荷应进行全年逐时动态计算，设计合理的布孔间距、适当增加埋管的深度等，在实施阶段可结合具体情况在采用复合式系统基础上应当适当增加土壤换热器的数量，增大土壤换热器间距。此外，还应注重土壤源热泵系统的运行管理，运行管理不善会放大土壤冬夏取放热量的不平衡率。3结语地源热泵作为一种环保节能的空调方式，应该得到研究工作者对其进行更为深入的研究，探索其关键性技术。目前在国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面还没有成型的行业标准和规范，其推广应用还有待时日。作为一门新技术，它为我国的可持续发展带来了契机，在不远的将来，随着国富民强，经济实力的提高和生活水平的进步，研究和技术人员的努力，它在中国一定有广阔的市场前景。参考文献〔1〕朱家玲.地热能开发与应用技术〔M〕.北京:化学工业出版社,2006.〔2〕汪集,马伟斌,龚宇烈.地热利用技术〔M〕.北京:化学工业出版社,2005.〔3〕周晓波.高温地源热泵技术及其在工程中的应用〔J〕.工程建设与设计,2004,6:8-10.〔4〕林丽,郑秀华,詹美萍.地热能源利用现状及发展前景〔5〕范萍萍,端木琳,王学龙,尉建中.土壤源热泵的发展研究现状