段金平

热泵技术使浅层地温能为建筑供暖、制冷更为便捷

热泵技术分为水源热泵和地源热泵两种

在地质条件不好时可采用地源热泵

使用浅层地温能可降低20%-30%的费用

开发利用再生性强、清洁环保和可用性强的浅层地温能,目前在很多国家被当做建筑供暖、制冷和提供生活热水及空调调温系统的重要措施,用来建设以环保和节能为主要特征的绿色建筑。开发利用浅层地温能主要是采用热泵技术进行,即利用热泵系统将地下水或土壤中的低温热能提取出来加以利用。

两种热泵技术的优劣

根据地下水和土壤热交换介质的不同,热泵技术可分为水源热泵和地源热泵两种。

水源热泵是一种以地下水或地表水为热冷交换作为热(冷)源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位热能转移。水源热泵由水源系统、热泵系统和用户端组成。水源系统由出水井、回水井、水泉和水泵变频控制系统组成。冷/热能源以地下水为介质储存在含水层中,在冬季,甲井水的热量被水源热泵提取,提取热量后的冷水被回灌至乙井中;在夏季,乙井中的冷水作为水源热泵的冷却水,经热交换后将热水回灌至甲井。井水中的热量被提取后,井水在不和空气接触的情况下将全部排入回水井,不会对地下水造成任务污染。热泵空调机组的制冷/制热是由压缩机、冷凝器、膨胀阀和范发器组成,并且用管道依次连接,构成一个封闭系统。

地源热泵以土壤作为冷热源,通过埋入土壤中的换热器、以水或防冻液作为中间介质与土壤进行冷热交换,冬季将土壤中的热量提取出来对建筑物供暖,夏季将建筑内的热量转移到地下土壤中以实现对建筑物降温。

根据水源热泵和地源热泵的特点,若地质条件较好,浅层地下水丰富且易回灌时,通常采用水源热泵;若地质条件不好时,可采用地源热泵。

热泵技术风行发达国家

最早的热泵技术诞生在瑞生。欧洲第一台热泵机组在1938年制造成功。近20年间,真正意义上的商业热泵技术应用及环保设备才在法、德、日、美等发达国家被广泛使用。如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家在利用浅层地热资源时,主要是采用地源热泵技术,在地下土壤中埋盘管(埋深<400米深),用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。地源热泵在家用供热装置中所占比例,据1999年的统计,瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%。

再如,美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中在新建筑中占30%。美国目前已安装了40万多台,而且每年以10%的速度稳步增长。

地(水)源热泵空调系统具有显著技术优势

使用浅层地温能在经济上非常划算。1平方米投资约为250元~380元,比同样满足供暖、制冷和生活热水条件的燃气和空调系统等降低20%~30~费用。另外,地源温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,整个系统的维护费用也较锅炉—制冷机系统大大减少。除了在整个服务周期内的平均费用低于传统的空调系统外,地(水)源热泵空调系统还具有一系列技术优势:

——绿色环保。通过采集浅层低温地温能并略加提升后,不但可以满足供暖(冷)的需求,同时还可以实现供暖(冷)区域的零污染排放,直接改善适用区域的大气质量,降低城市热岛效应。在系统运行过程中,只消耗少量电能,无任何排放,真正实现绿色环保。

——高效节能。通常情况下,1千瓦电能每月可得到3千瓦~4千瓦的冷量或热量,节能效果显著。

——机三用。可以解决建筑物冬季供暖、夏季制冷和全年24小时卫生热水。

——稳定可靠:运行稳定、可靠性高,易于维护和操作,通过自控装置可实现无人值守运行。

——控制灵活:根据用户需要,可灵活控制开关机组的时间及数量。

——安全省地。系统无任何安全隐患,占地面积小。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。

我国发展热泵技术潜力巨大

我国浅层地温能分布广泛且储量大,专家测算我国浅表地层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能可达我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍,而百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。作为一种新型的优质可再生能源,在我国今年开始施行的《可再生能源法》中,浅层地温能已被列为开发利用的优先发展领域。

目前,我国一些大城市已经开始重视浅层地温能资源的开发利用,地(水)源热泵空调技术发展速度非常快,其中北京市走在了全国前列。近5年来,北京建成的地源热泵系统工程已达200余项,供暖面积近800万平方米。下一步,该局将深入研究浅层地温能资源开发利用,科学划分水源热泵和地源热泵适用区,科学编制《北京市科学利用浅层地温能资源“十一五”发展规划》,并按照国土资源部和中国地质调查局的批示,做好示范,向全国推广。

(2006.8.3,地质勘查导报,3版)

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