杜尚巍　孫成偉

【摘 要】隨著地球不可再生能源儲(chǔ)存量的急劇下降，人們逐漸開(kāi)始轉(zhuǎn)向研究可再生能源的利用方法，所謂可再生能源是指太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地能等可以循環(huán)利用的自然資源。可再生能源的利用就是指不破壞既有資源，又能充分利用能源的新型能源技術(shù)。在新能源的利用中，地源熱泵技術(shù)是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)成果。但由于一些技術(shù)性或非技術(shù)性因素的限制，使得地源熱泵技術(shù)并沒(méi)有得到大面積的推廣與應(yīng)用。本文就通過(guò)闡述地源熱泵技術(shù)的相關(guān)概念和工作原理，分析了當(dāng)前地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)制約其發(fā)展推廣的主要問(wèn)題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】地源熱泵；可再生能源；工作原理；應(yīng)用推廣

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的進(jìn)程中，我國(guó)的能源消耗量的增長(zhǎng)速度也是非常驚人的，長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)于能源的消耗并不重視，導(dǎo)致大量的能源資源被白白浪費(fèi)掉。直到近年來(lái)能源短缺狀況加劇，才引起了人們對(duì)能源利用的普遍關(guān)注。地源熱泵技術(shù)是一種新型的能源利用技術(shù)，是利用豐富的地能來(lái)實(shí)現(xiàn)冬季取暖，夏季采涼的先進(jìn)技術(shù)。由于地能具有清潔無(wú)污染、能源取之不竭等特點(diǎn)，因此，地源熱泵技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用必將成為未來(lái)能源利用技術(shù)中的主要組成部分。

1.地源熱泵技術(shù)

1.1地源熱泵的工作原理

地源熱泵是通過(guò)埋地?zé)峤粨Q器從土壤吸熱或向土壤放熱。夏季空調(diào)時(shí)，室內(nèi)的余熱經(jīng)過(guò)熱泵轉(zhuǎn)移，并通過(guò)地埋換熱器釋放到土壤中，同時(shí)為冬季蓄存熱量；冬季供暖時(shí)，通過(guò)地埋換熱器從土壤中取熱，經(jīng)過(guò)熱泵將熱量供給用戶，同時(shí)，在土壤中蓄存冷量，以備夏季空調(diào)用。

1.2熱泵的節(jié)能和能效

熱泵的節(jié)能主要是體現(xiàn)在它可以將較低的能量轉(zhuǎn)換成較高的能量，在地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用中主要表現(xiàn)在消耗較少的電能，再利用熱泵轉(zhuǎn)換出較多的熱能，以供用戶取暖。據(jù)相關(guān)研究顯示，當(dāng)熱泵消耗1單位的電能時(shí)，就可以產(chǎn)生3-5單位的熱能，這不僅能使能源利用率得到很大提升，也具有更高的經(jīng)濟(jì)性。

1.3地源熱泵系統(tǒng)的組成與作用

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，一般由地埋管換熱器、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)空調(diào)末端系統(tǒng)三部分組成。在夏季，地埋管的傳熱介質(zhì)（水或防凍液）通過(guò)水泵送入冷凝器，將熱泵機(jī)組排放的熱量帶走，并釋放給地層（地層為蓄熱）。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷水，通過(guò)循環(huán)水泵送至空調(diào)末端設(shè)備，對(duì)房間進(jìn)行供冷。在冬季，熱泵機(jī)組通過(guò)地下埋管吸收地層的熱量（向大地吸熱，地層為蓄冷）。冷凝器產(chǎn)生的熱水，則通過(guò)循環(huán)水泵送至空調(diào)末端設(shè)備對(duì)空間進(jìn)行供暖。

2.地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展歷程

地源熱泵技術(shù)的產(chǎn)生是在全球資源緊缺，國(guó)家大力扶持清潔可再生能源利用的情況下發(fā)展而來(lái)的。地源熱泵技術(shù)是自上世紀(jì)90年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)的，美國(guó)是最新實(shí)現(xiàn)成功利用地源熱泵技術(shù)進(jìn)行地能資源利用的國(guó)家，我國(guó)在1997開(kāi)始引進(jìn)該技術(shù)，并在建筑節(jié)能技術(shù)中得到了很大的推廣與應(yīng)用。然而在發(fā)展的過(guò)程中由于受自然條件和社會(huì)因素的影響，地源熱泵技術(shù)的推廣受到了一定的阻礙，產(chǎn)生了應(yīng)用市場(chǎng)衰退的現(xiàn)象。

3.影響地源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的原因

雖然地源熱泵技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)具有一定的市場(chǎng)規(guī)模，且發(fā)展前景也較為廣闊，但并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)全面普及，來(lái)替代現(xiàn)有的空調(diào)應(yīng)用。那么是什么在制約著地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用于推廣呢？筆者在基于我國(guó)當(dāng)前國(guó)情現(xiàn)狀出發(fā)，分析了能源結(jié)構(gòu)的分布特點(diǎn)，并對(duì)地源熱泵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，總結(jié)出當(dāng)前制約地源熱泵技術(shù)全面普及推廣的主要原因可以分為技術(shù)性因素和非技術(shù)性因素這兩種情況，具體如下所示：

3.1技術(shù)性因素。

（1）土壤特性問(wèn)題。地源熱泵系統(tǒng)的性能好壞與當(dāng)?shù)赝寥罒崽匦悦芮邢嚓P(guān)，地?zé)嵩吹淖罴验g隔和深度取決于當(dāng)?shù)赝寥赖臒嵛镄院蜌夂驐l件。而當(dāng)前的地源熱泵技術(shù)對(duì)于土壤的要求還相對(duì)較高，在很多地區(qū)，都由于土壤特性不能達(dá)到地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的要求而不能實(shí)施該技術(shù)。

（2）地下?lián)Q熱器傳熱機(jī)理的理論研究繁多，但缺乏理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，缺乏多環(huán)境下應(yīng)用技術(shù)的系統(tǒng)研究以及實(shí)際有效的強(qiáng)化傳熱方法[1]。

（3）不同冷、熱負(fù)荷下，地下?lián)Q熱器與熱泵系統(tǒng)最佳匹配技術(shù)的研究不夠。當(dāng)前地?zé)峥照{(diào)技術(shù)的研究熱點(diǎn)依然集中在地?zé)崮軗Q熱器的換熱機(jī)理、強(qiáng)化換熱及熱泵系統(tǒng)與地?zé)崮軗Q熱器匹配等方面。與前一階段單純采用“線源”傳熱模型不同，最新的研究更多地開(kāi)始關(guān)注相互耦合的傳熱、傳質(zhì)模型以更好地模擬地?zé)崮軗Q熱器的真實(shí)換熱情況。

（4）地源熱泵技術(shù)與其它技術(shù)的配合不協(xié)調(diào)。地源熱泵技術(shù)是暖通空調(diào)技術(shù)與鉆井技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)，兩者缺一不可，這要求工程組織者和工程技術(shù)人員能夠合理協(xié)調(diào)、做好充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。而目前的技術(shù)水平還不能很好的滿足這一要求。

（5）目前地下水的回灌技術(shù)不完善，在一定程度上會(huì)影響以水為低位熱源的地源熱泵的進(jìn)一步推廣；此外土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)鉆井對(duì)土壤熱、濕及鹽分遷移的影響研究有待進(jìn)一步深入，如何使不利因素減少到最小是必須考慮的問(wèn)題。

3.2非技術(shù)性因素

所謂非技術(shù)因素就是指制約地源熱泵技術(shù)發(fā)展的相關(guān)社會(huì)因素，主要可以從國(guó)家宏觀管理，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的匱乏和質(zhì)量評(píng)定體系的建立幾方面來(lái)分析。

（1）目前我國(guó)雖然在大力支持地源熱泵技術(shù)的推廣與應(yīng)用，但相關(guān)部門(mén)卻沒(méi)有出臺(tái)完善的地源熱泵技術(shù)產(chǎn)品制造的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法律法規(guī)，對(duì)于目前使用地源熱泵技術(shù)的工程只注重其設(shè)備機(jī)組的節(jié)能而沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的現(xiàn)狀沒(méi)有加以引導(dǎo)，沒(méi)有設(shè)立專(zhuān)門(mén)的管理部門(mén)對(duì)地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行科學(xué)管理[2]。

（2）由于地源熱泵技術(shù)是一門(mén)新興的能源技術(shù)，針對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行深入研究的專(zhuān)業(yè)人員較少，也就是有關(guān)地源熱泵技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人才嚴(yán)重匱乏，沒(méi)有形成一定的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)體系。沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的人員指導(dǎo)施工，也是制約該技術(shù)推廣的主要原因。

（3）當(dāng)前安裝一套地源熱泵技術(shù)所需費(fèi)用較高，且沒(méi)有權(quán)威的質(zhì)量評(píng)定部門(mén)來(lái)確定該技術(shù)的節(jié)能效果，這就使得很多人不敢輕易嘗試這種新技術(shù)，對(duì)于地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)也缺乏一定的準(zhǔn)入制度。

4.加強(qiáng)地源熱泵技術(shù)推廣的措施

從有效保護(hù)地下熱資源和實(shí)用性出發(fā)，地源熱泵技術(shù)的推廣必須要兼顧地下熱平衡的問(wèn)題。在方案上，要保證整個(gè)區(qū)域的熱平衡，使系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行使用。在系統(tǒng)上，提倡地源熱泵系統(tǒng)加輔助冷熱源的設(shè)計(jì)方式。中國(guó)具有應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的廣闊市場(chǎng)與條件，加之地源熱泵技術(shù)本身具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。我們要充分利用當(dāng)前國(guó)家能源政策，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的有效結(jié)合[3]。

5.結(jié)語(yǔ)

地源熱泵技術(shù)是一項(xiàng)高效節(jié)能，清潔安全的先進(jìn)科技技術(shù)，在目前的技術(shù)基礎(chǔ)上，還應(yīng)該不斷完善熱泵技術(shù)，培養(yǎng)更多的專(zhuān)業(yè)人才，使地源熱泵技術(shù)能夠適應(yīng)更多地區(qū)的土質(zhì)特點(diǎn)。從目前地源熱泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，加強(qiáng)地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境發(fā)展的重要意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬宏權(quán)，龍惟定，朱東凌.地源熱泵的應(yīng)用進(jìn)展[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2008（06）.

[2]劉學(xué)來(lái)，李永安，張耀鵬.地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].建筑技術(shù)，2010（11）.

[3]曾憲斌，李娟.地源熱泵的地域特性及熱平衡問(wèn)題[J].能源技術(shù)，2007（06）.