字平?鄭其華

摘要：近年來，隨著我國國民經濟的發(fā)展，交通事業(yè)也迅速發(fā)展壯大。由于高速公路里程數不斷增加，高速公路沿線配套的服務區(qū)、管理處、收費站等房建設施數量也不斷增加。目前，我國高速公路附屬房建設施冬季采暖絕大部分采用小型燃煤鍋爐，燃料基本為劣質煙煤或型煤。小型燃煤鍋爐效率低下，燃料浪費嚴重；大氣污染物排放難以達標；廢水、廢渣等二次污染嚴重；工作人員勞動強度大，工作環(huán)境惡劣。如果地熱能源熱泵技術能夠在高速公路建設中成功地推廣應用，將能很好地解決高速公路節(jié)能減排建設的用能中環(huán)保、節(jié)能及安全等問題。本文主要探索了地源熱能在高速公路上應用技術。

關鍵詞：地源熱能；高速公路；應用技術

一、地源熱泵技術特點

（一）經濟節(jié)能。地源熱泵作為一項經濟有效的節(jié)能技術，主要利用的是儲存在地下淺層的可再生地熱資源。一般情況下，地表淺層地熱資源以及地能的溫度較為穩(wěn)定，可以作為優(yōu)良的空調冷源與熱泵熱源，和傳統(tǒng)空調系統(tǒng)相比，地源熱泵的運行效率高了40%，這就決定了其節(jié)省運行費用也達到了40%。

（二）低碳環(huán)保。地源熱泵系統(tǒng)使用的是電力，同時不需使用冷卻塔，不需要外掛機，不向大氣環(huán)境直接排熱，也不需要燃燒，對環(huán)境實現的是無污染排放；另一方面，不抽取地下水，對地下水資源不造成破壞，其不發(fā)生熱島效應，不出現噪音。

（三）運行穩(wěn)定。電腦控制整個系統(tǒng)，能夠電話遙控，不受室外氣候條件的影響，同時能夠進行溫濕度控制以及新風配送，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

（四）使用壽命長。地源熱泵它的機械運動部件較少，很耐用，所有的部件不是安裝在室內就是埋在地下，防止了室外惡劣氣候對其使用壽命的制約，一般使用壽命可以超過20年。

二、地源熱泵的分類

（一）地下水源熱泵。地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源主要是通過廢棄的礦井或者水井中對地下水進行抽取。一般其系統(tǒng)的形式利用的是一側與地下水相連，一側與熱泵機組相連。初期地下水系統(tǒng)主要利用的是單井系統(tǒng)，也就是把地下水在板式換熱器換熱的基礎上，實現直接排放。其最大的缺陷就是將地下水資源大力的浪費，極易導致地層塌陷，從而有可能引發(fā)地質災害。接著隨著技術的發(fā)展，雙井系統(tǒng)孕育而生，包括了井回灌、井抽水。其中地下水熱泵應用較多的為在50m之內的淺井，其特點就是水井與水井之間較緊湊、占地面積較小比土壤源熱泵造價低。其不足就是難以充足的供應地下水，在水處理這一環(huán)節(jié)上要求嚴格，同時抽取的地下水需要全部回灌切不可受到污染。

（二）土壤源熱泵。土壤源熱泵展開閉路循環(huán)的熱泵系統(tǒng)，主要利用的是地下巖土層中熱量進行。熱泵的換熱器一般是埋在地下，能和大地展開冷熱交換。主要是在循環(huán)液的基礎上，于密閉地下的埋管中進行流動，達到系統(tǒng)、大地兩者的傳熱。在夏季制冷的情況下，系統(tǒng)進行逆向運行，也就是通過室內將熱量帶走，接著由系統(tǒng)把熱量送至地下巖土層內。在冬季需要供熱的情況下，流體通過地下將熱量收集，接著由系統(tǒng)將熱量帶至室內。一般情況下，地下熱交換器的布置形式主要包括了三類，即水平埋管、垂直埋管、蛇行埋管。水平埋管換熱器造價不高，分為多管、單管這兩種形式，埋設深度在1.5～3.0m之間。垂直埋管換熱器利用的一般是U型方式，依據實際的埋管深度能夠分為淺層、中層、深層，同時該系統(tǒng)所需要的管材少、占地面積小、泵耗能較低，而單位管長換熱量一般比水平埋管高，然而其造價也較高。戰(zhàn)隊蛇行埋管換熱器而言，其較為適用于場地有限的情況下。其挖掘量只為單管水平埋管換熱器的 20%左右，然而其用管量需要較多。

（三）地表水源熱泵。地表水源熱泵本身就具備維修方便、造價低廉、 泵耗能低的優(yōu)點。湖泊、池塘、河溪中的地表水被作為地表水源熱泵系統(tǒng)的熱源。地表水源熱泵一般可以分為開路系統(tǒng)與閉路系統(tǒng)這兩者。不適用于開路系統(tǒng)以及寒冷地區(qū)中，通常只能采用閉路系統(tǒng)。然而在一定程度上地表水源熱泵系統(tǒng)受到自然條件的制約。一般在公用的河流中、管道中的其他設備極易受到破壞。若是湖泊、河流水過淺，水的溫度就會極易受到氣候的變化而發(fā)生變化，直接制約著其效率，降低其供熱或者制冷能力[1]。

三、地源熱泵系統(tǒng)應用的技術關鍵點

（一）需要在嚴格依據本地具體情況的基礎上，合理的應用于地埋管以及換熱結構的施工中，一般涉及的施工工藝有參數設計、鉆井、回填以及對結構的選擇等。比如需要按照系統(tǒng)的介質流量以及流速地埋管的管徑展開相應的選擇。b）地埋管直接與土壤進行接觸并完成最初的熱交換，因此地埋管的埋入深度和管與管之間的距離十分重要。兩者均直接涉及獲取熱量的效率和工程成本，因此必須進行必要的數據優(yōu)化。

（二）在完成對地埋管埋入之后，需要應用適當的回填材料對鉆孔壁、埋管中的間隙進行填充，這就需要應用良好的導熱系數。

（三）一個地源熱泵取暖系統(tǒng)一般需要較長的地埋管路，但是其銜接無法進行單一管徑以及串聯(lián)連接。這就需要對管路中的水力以及流速的平衡進行處理，按照從粗到細的順序對進水端直到出水端的管徑進行布置。

四、地源熱泵系統(tǒng)的經濟效益

（一）環(huán)境效益大。針對傳統(tǒng)的供暖、空調方式而言，主要是夏季制冷、冬季供暖。其系統(tǒng)占地多、投資大，直接影響著環(huán)境。因為其夏季利用的空調系統(tǒng)主要是對CO2的排放，而CO2是重要的溫室氣體被作為引發(fā)全球性氣候變化的關鍵因素。同時在大氣中排放了大量廢熱，極易引發(fā)熱島效應，同時也伴隨著令人煩躁的噪音，促使外界空間環(huán)境條件的進一步惡化。而去冬季利用的燃料是燃油、煤炭、天然氣，在燃燒時會出現大量污染物，出現大量的NO2、SO2、CO2等氣體，引發(fā)大氣污染，嚴重制約著了人們的生活質量。針對地源熱泵而言，其主要是利用大地的蓄熱能力，冬季利用的是夏季多余的熱能，夏季利用的是冬季多余的冷能，從根本上解決了空調系統(tǒng)引發(fā)的城市熱島效應。另一方面，其污染物排放不高，其制冷劑利用的是完全密封的，在實際使用時不會出現泄漏，降低了對臭氧層的破壞力度。最大程度上實現了綠色環(huán)保的目的[2]。

（二）運用自然資源達到高效節(jié)能。太陽能作為一種綠色能源，是取之不盡的，地表淺層被作為一個龐大的太陽能集熱器，可以收集47%的太陽能，能夠達到人類每年利用能量的500倍之多。在夏季地源熱泵的冷源主要是地表淺層恒定的地能溫度，只需要小功率的壓縮機就能達到能量轉換；在冬季地源熱泵的熱源其實就是利用該類儲存在地表淺層的無限的能源。一般情況下，與風冷熱泵相比，運用地源熱泵技術能夠節(jié)能40%，比電采暖節(jié)能超過70%，能夠實現真正意義上的高效節(jié)能。

五、地埋管地源熱泵技術的可行性

一般情況下，在地下200米內范圍的地下巖土體中，其溫度具有穩(wěn)定的優(yōu)點。電能就是地埋管地源熱泵系統(tǒng)應用少數的高質量的能量，可以于冬季將土壤當作熱源，在土壤中熱量從土壤中提取出來，升高室內溫度，便于對建筑物的供暖。同時可以在夏季將土壤當作冷源，在土壤中釋放熱量，減小室內溫度，用于對建筑物的制冷。最大程度上應用土壤內的熱能在夏季對土壤內的熱量減小釋放，在冬季提供所需的熱量，就是在這樣的循環(huán)之下，充分確保地下土壤溫度處于一個平衡的狀態(tài)。

六、結語

綜上所述，目前，人類的經濟正在逐漸的發(fā)展，人們生活水平也隨之提高，住宅以及公共建筑的空調與供暖成為了社會的普遍需求。而傳統(tǒng)意義上的供熱燃煤鍋爐顯然難以適應時代的發(fā)展需要，需要進一步提高供暖設備以及空調設備的能源利用率，逐漸淘汰燃煤鍋爐。在這樣的發(fā)展背景下，地源熱泵孕育而生，被作為一種在經濟上與技術上均具有較大優(yōu)勢的空調與供熱的替代方式。

參考文獻：

[1]吳愛華，袁帥.地源熱泵系統(tǒng)在高速公路房建工程中的設計應用與創(chuàng)新[J].工程技術：全文版，2016（9）：00001-00001.

[2]王秀明.淺談地源熱泵系統(tǒng)在我省高速公路附屬房建設施中的應用[J].北方交通， 2009（2）：117-119.