摘要：本文利用熱泵供熱比鍋爐直接燃燒供熱節能的原理，對主要的熱泵供熱形式，特別是地源熱泵的技術特征、適用范圍和經濟性作了較詳細的介紹。
　　關鍵詞：熱泵，建筑環境，節能
　　1、熱泵與建筑供熱空調
　　隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調已成為普遍的需求。在發達國家中，供熱和空調的能耗可占到社會總能耗的25%左右。我國的能源結構主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃料燃燒產生的大量污染物，包括大量SO2,NOX等有害氣體以及CO2等溫室效應氣體。大量燃燒礦物燃料所產生的環境問題已日益成為各國政府和公眾關注的焦點。我國的供熱已經歷了一家一戶的小煤爐到燃煤鍋爐的轉變。現在又進一步禁止在城鎮建設中小型燃煤鍋爐房，體現了政府對保護大氣環境的高度重視。因此，除了集中供熱的型式以外，急需發展其他的替代供熱方式。熱泵就是能有效節省能源、減少大氣污染和CO2排放的供熱和空調新技術。
　　地源熱泵用地熱換熱器作為低溫熱源環路，不需要冷卻塔和室外熱交換裝置；用制冷機組（熱泵）取代了鍋爐。因此對于建筑師來說，地源熱泵供熱空調系統還有一個重要的優點，就是去除了傳統空調系統所需的鍋爐房和冷卻塔。這些設施對建筑空間的需求和限制，往往成為建筑師的難題。而地源熱泵空調系統沒有室外設施，對建筑物的外觀無影響。因此這一技術特別適用于景觀性建筑、古建筑以及難以設置冷卻塔的空調項目，有利于保護這些建筑的立面及周邊環境不被破壞，解決無處設置冷卻塔或鍋爐房的問題。
　　2、空調熱泵的分類及技術分析
　　以建筑物的空調（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統有許多種，例如有利用建筑通風系統的熱量（冷量）的熱回收型熱泵和應用于大型建筑內部不同分區之間的水環熱泵系統等。本文主要討論利用周圍環境作為空調冷熱源的熱泵系統。就其性質來分，國外的文獻通常把它們分為空氣源熱泵(airsourceheatpump,ASHP)和地源熱泵（groundsourceheatpump,GSHP）兩大類。地源熱泵又可進一步分為地表水熱泵(surface-waterheatpump，SWHP)、地下水熱泵(groundwaterheatpump,GWHP)和地下耦合熱泵(ground-coupledheatpump,GCHP)。我國對熱泵系統的術語尚未形成規范的用法。例如對地下水熱泵系統有“地溫空調”的商業名；而地下耦合熱泵則在一些文獻中稱為“土壤源熱泵”，或直接稱為“地源熱泵”。
　　2.1空氣源熱泵
　　空氣源熱泵以室外空氣為一個熱源。在供熱工況下將室外空氣作為低溫熱源，從室外空氣中吸收熱量，經熱泵提高溫度送入室內供暖；其性能系數（COP）一般在2～3。空氣源熱泵系統簡單，初投資較低。空氣源（風冷）熱泵目前的產品主要是家用熱泵空調器、商用單元式熱泵空調機組和風冷熱泵冷熱水機組。
　　2.2地源熱泵
　　另一種熱泵利用大地（土壤、地層、地下水）作為熱源，可以稱之為“地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。
　　2.2.1地下水熱泵
　　地下水源熱泵系統的熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水。經過換熱的地下水可以排入地表水系統，但對于較大的應用項目通常要求通過回灌井把地下水回灌到原來的地下水層。水質良好的地下水可直接進入熱泵換熱，這樣的系統稱為開式環路。實際工程中更多采用閉式環路的熱泵循環水系統，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質對熱泵的影響。最近幾年地下水源熱泵系統在我國得到了迅速發展。
　　2.2.2地表水熱泵
　　地表水熱泵系統的一個熱源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大體量自然水體的地方利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源是值得考慮的一種空調熱泵的型式。由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，當環境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數也會降低。一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因數有關，需要根據具體情況進行計算。
　　2.2.3地下耦合熱泵
　　地下耦合熱泵系統是利用地下巖土中熱量的閉路循環的地源熱泵系統。通常稱之為“閉路地源熱泵”，以區別于地下水熱泵系統，或直接稱為“地源熱泵”。它通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間的傳熱。我國的研究人員和工程技術人員近年來在消化吸收國外先進技術的基礎上在地熱換熱器的設計理論方面進行了不懈的努力，山東建筑工程學院已于2001年建成閉路地源熱泵示范工程并投入實際使用，為在我國推廣應用這一新技術積累了寶貴的經驗。
　　3、地源熱泵空調系統的經濟性分析
　　地源熱泵系統可實現對建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機多用。一套系統可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統。系統緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節省建筑空間，也有利于建筑的美觀。如上所述，地源熱泵系統的另一個顯著的特點是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節能的優點。地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高約40％-60％。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，整個系統的維護費用也較鍋爐－制冷機系統大大減少，保證了系統的高效性和經濟性。
　　迄今為止制約地下耦合熱泵系統在我國應用的障礙主要是在地下埋管的初投資較高，以及政府、建筑設計人員和公眾對這一技術缺乏了解。地源熱泵空調系統的經濟性取決于多種因素。不同地區，不同地質條件，不同能源結構及價格等都將直接影響到其經濟性。
　　4、結束語
　　在建筑供熱空調中采用熱泵技術可以有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2和其它燃燒產生的污染物的排放，是一種可持續發展的建筑節能新技術。隨著改革開放以來我國經濟的發展和人民生活水平的提高，空調和供熱已成為普通百姓的需求，并逐漸向農村和南方擴展，市場前景很好。通過政府部門、科研機構和工程技術人員的共同努力，借鑒國外的成功經驗，我國的地源熱泵應用將得到較快的推廣和發展。

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